Нові штами бактерій здатні удобрювати посіви та позитивно впливати на воду

Дослідники створили штами поширеної азотфіксуючої ґрунтової бактерії Azotobacter vinelandii з метою виробляти аміак та виводити його у високих концентраціях з подальшим перенесенням на сільськогосподарські рослини замість звичайних хімічних добрив.

Дослідження опубліковано в Applied and Environmental Microbiology, журналі Американського товариства мікробіології.

«Ми представили переконливі докази того, що вивільнений аміак потрапляє на рисові рослини», — сказала доктор філософії, доцент Інституту біологічної хімії Університету штату Вашингтон Флоренс Мус, – «Наш унікальний підхід має на меті надати нові рішення проблеми заміни промислових добрив бактеріями, виготовленими на замовлення».

Це має пом’якшити основне джерело забруднення навколишнього середовища.

Дослідники використовували методи редагування генів, щоб сконструювати A.vinlandii здатні виробляти аміак на постійному рівні, незалежно від умов навколишнього середовища та виділяти його в концентраціях, достатньо високих, щоб ефективно удобрювати посіви.

Використання методів редагування генів замість введення трансгенів у геном A.vinlandii дозволило уникнути регуляторних вимог, які зробили б процес розвитку повільнішим, складнішим і дорожчим.

Науковою мотивацією дослідження була зацікавленість у кращому розумінні фіксації азоту, тобто хімічних процесів, за допомогою яких атмосферний азот асимілюється в органічні сполуки як частина азотного циклу.

«Наша робота допомагає забезпечити більш повне, фундаментальне розуміння факторів, що є в основі експресії генів у модельному азотфіксуючому мікроорганізмі, і визначає біохімію, яка викликає виведення аміаку в A.vinelandii», — сказав Мус.

Практичною мотивацією дослідження було зменшення основних проблем забруднення води, які виникають, коли надлишок азотних добрив потрапляє у водні шляхи. Це викликає цвітіння водоростей, що виснажують кисень і вбивають рибу та інших водних організмів, створюючи «мертві зони» в озерах, річках і просторах океану. Мертва зона на півночі Мексиканської затоки охоплює майже 6400 квадратних миль.

З цією метою дослідники розробляють бактерії, щоб виробляти аміак зі стабільною швидкістю. Але вони очікують, що зможуть створити різні групи A.vinlandii для виробництва аміаку з різними темпами, щоб відповідати потребам різних видів сільськогосподарських рослин. Це дозволить рослинам використовувати весь вироблений аміак, а не вимити його у водні шляхи.

«Успішне широке застосування цих біодобрив у сільському господарстві зменшить забруднення, забезпечить стійкі способи управління колообігом азоту в ґрунті, знизить собівартість виробництва та підвищить прибуток для фермерів, а також підвищить стійке виробництво продуктів харчування за рахунок покращення родючості ґрунту», — сказав Муз.