Una investigación demuestra cómo los microbios modificados ofrecen una fuente de nitrógeno a los agricultores

BERKELEY, California, 14 de noviembre de 2024 /PRNewswire/ -- Una investigación revisada por pares y publicada hoy en Scientific Reports describe una nueva tecnología que podría revolucionar un enfoque centenario para proporcionar nitrógeno a los cultivos. El estudio, una colaboración de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison, la Universidad Purdue y Pivot Bio, una empresa líder en agricultura sostenible, presentó evidencia, la primera en su tipo, que muestra cómo la edición de genes mejora la capacidad de los microbios para fijar nitrógeno atmosférico. y transferirlo a cultivos de cereales.

Utilizando nitrógeno marcado isotópicamente, los investigadores rastrearon el nitrógeno en el aire hasta la clorofila de las hojas de maíz, proporcionando evidencia de que fue fijado en el aire por los microbios editados genéticamente. Los estudios de campo también demostraron que estos microbios podrían fijar y suministrar nitrógeno comparable a hasta 40 libras de fertilizante nitrogenado sintético con rendimientos similares.

Mejorar la eficacia de los fertilizantes nitrogenados ha sido un desafío de largo alcance. "La cuestión central es que el sistema suelo-planta-atmósfera es extremadamente complejo", indicó el doctor Bruno Basso, profesor de ciencias ambientales en la Universidad Estatal de Michigan, que no participó en el estudio. El clima impredecible hace que sea difícil hacer coincidir el suministro de nutrientes con la demanda de las plantas y determinar con precisión cuánto nitrógeno necesitará un cultivo y si el nutriente permanecerá en el suelo. "Mi laboratorio de investigación ha pasado años ayudando a los agricultores, utilizando tecnología de detección avanzada y modelos informáticos para ayudarlos a comprender mejor sus campos y utilizar fertilizantes nitrogenados de manera más eficiente para aumentar las ganancias y reducir el impacto ambiental, como las pérdidas de nutrientes en las aguas subterráneas y las emisiones de gases de efecto invernadero al medio ambiente".

Los diazótrofos, tipos especiales de bacterias que se encuentran en la naturaleza, tienen una capacidad única para convertir el gas nitrógeno atmosférico en amonio, el componente básico de los aminoácidos y las proteínas. Este proceso, comúnmente conocido como fijación biológica de nitrógeno (BNF), fue la principal forma de nutrición de nitrógeno para los cultivos durante miles de años antes de que se inventaran los fertilizantes nitrogenados sintéticos.

"Los diazótrofos nativos del suelo pierden su capacidad de realizar BNF cuando se exponen a altas concentraciones de nitrógeno en el suelo durante períodos prolongados. Esta es una respuesta evolutiva para conservar energía porque BNF es un proceso que consume mucha energía", afirmó el doctor Jean- Michel Ané, profesor de bacteriología y ciencias de plantas y agroecosistemas de la Universidad de Wisconsin-Madison, coautor del estudio. "Necesitamos convencer a estas bacterias de que mantengan altos niveles de BNF en ambientes con mucho nitrógeno, como los suelos fertilizados sintéticamente".

Los investigadores de Pivot Bio desarrollaron microbios editados genéticamente utilizando métodos no transgénicos para permitir que los diazótrofos continúen proporcionando nitrógeno al cultivo incluso en condiciones de alto contenido de nitrógeno. "Con las ediciones genéticas, cegamos a los microbios ante la presencia de nitrógeno en su entorno, por lo que continúan fijando amonio y entregándolo directamente al sistema radicular", destacó el doctor Karsten Temme, director de innovación y cofundador de Pivot Bio y coautor del artículo. "También introdujimos otras modificaciones para garantizar que las bacterias puedan transferir el nitrógeno fijado al cultivo en lugar de quedárselo para sí mismas".

El artículo presenta evidencia de que este proceso ocurre en el laboratorio y en las parcelas de prueba de campo. También es el primer artículo revisado por pares que cubre PROVEN® 40, el producto comercial de segunda generación de Pivot Bio para maíz que contiene microbios fijadores de nitrógeno editados genéticamente.

"El fertilizante nitrogenado es posiblemente el invento más importante del siglo pasado y será esencial para el desarrollo y la seguridad alimentaria del mundo en el futuro previsible. Sin embargo, creemos que se puede utilizar mejor", comentó el doctor Temme. "El objetivo de Pivot Bio es mejorar la productividad de la agricultura aumentando la eficiencia del nitrógeno con nuestros microbios editados genéticamente y reduciendo las pérdidas de fertilizantes sintéticos al medio ambiente".

En el campo, los investigadores utilizaron una variedad de experimentos isotópicos para demostrar nuevamente la fijación de nitrógeno, esta vez en condiciones del mundo real, y cuantificar los niveles de nitrógeno en la planta. También recolectaron cientos de muestras de agricultores que redujeron la dosis de fertilizante nitrogenado entre 35 y 40 libras de nitrógeno por acre, reemplazándolo con PROVEN 40 de Pivot Bio. De promedio, los investigadores encontraron que las plantas tratadas con PROVEN 40 tenían niveles más altos de nitrógeno al comienzo de la temporada y no hubo impactos negativos en el rendimiento, a pesar de que habían recibido menos fertilizante sintético.

"Es muy difícil hacer un seguimiento del nitrógeno a medida que pasa del aire al microbio y luego a la planta. Dependemos de las firmas isotópicas de los átomos de nitrógeno provenientes del aire frente a las del suelo", explicó el doctor Ané. Con estas mediciones, los investigadores detectaron en el laboratorio nitrógeno marcado isotópicamente en la clorofila de las hojas de maíz, una señal de que los microbios suministraban ese nitrógeno a la planta.

"Esta extensa investigación es prometedora porque significa que los agricultores pueden comenzar a reducir los fertilizantes nitrogenados sin comprometer la productividad: un beneficio mutuo para los agricultores y el medio ambiente", destacó el doctor Temme. "Esto es muy interesante porque la tecnología es altamente escalable. Nuestros productos ya se han utilizado en más de 13 millones de acres en Estados Unidos desde su lanzamiento comercial hace cinco años, lo que se traduce en un impacto real".

El doctor Basso está de acuerdo. "Si esta tecnología continúa mejorando y suministrando más nitrógeno a los cultivos, y demuestran que esto se traduce en reducciones de la contaminación ambiental y de la huella de carbono agrícola general, podría cambiar las reglas del juego para la gestión del nitrógeno. Cuanto más sustituyamos los fertilizantes sintéticos por otros más eficientes, y fuentes sostenibles de nitrógeno para apoyar el rendimiento de los cultivos, mejor para los agricultores, las comunidades y el medio ambiente".

El artículo completo se puede encontrar en Scientific Reports. Fundada en 2011, Scientific Reports es una revista de acceso abierto de Nature Portfolio, que publica investigaciones originales notables en las ciencias naturales y clínicas y es conocida por su riguroso proceso de revisión por homólogos.

Acerca de Pivot Bio
Pivot Bio es una empresa líder en agricultura sostenible que ofrece a los agricultores tecnologías patentadas de nutrición de cultivos que aprovechan el poder de la naturaleza para cultivar de manera fiable y productiva los alimentos que el mundo necesita frente a una volatilidad cada vez mayor. Actualmente disponibles en Norteamérica y pronto en Brasil, los productos de la empresa son una innovación revolucionaria. Se encuentran entre las soluciones climáticas más prometedoras de la industria. El nitrógeno de la empresa es resistente a la intemperie, más seguro de manipular y no se lixivia ni contribuye a las emisiones de óxido nitroso. Pivot Bio ha sido reconocida tres veces por la revista Time en su lista anual de mejores inventos, por Fast Company en sus listas World Changing Ideas y World's 50 Most Innovative Companies, por CNBC en su lista Disruptor 50 de empresas privadas, por Fortune en su Impact 20 de startups que impulsan el bien social y según MIT Tech Review como una de las 15 empresas de tecnología climática a seguir. Para obtener más información, visite PivotBio.com.

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