הממצאים הם הראיות הראשונות, שבדקו על ידי עמיתים, של מיקרובים שעברו עריכה גנטית המספקים נתח משמעותי של חנקן של חקלאי תירס בייצור מסחרי
ברקלי, קליפורניה, 9 בדצמבר 2024 /PRNewswire/ –– מחקר שעבר ביקורת עמיתים שפורסם היום ב Scientific Reports מתאר טכנולוגיה חדשה שיכולה לחולל מהפכה בגישה בת מאה שנה לספק חנקן לגידולים. המחקר, שיתוף פעולה של חוקרים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, אוניברסיטת Purdue , ו-Pivot Bio, חברת חקלאות בר קיימא מובילה, הציגה ראיות ראשונות מסוגן המראות כיצד עריכת גנים משפרת את יכולת המיקרובים לקבוע חנקן אטמוספרי ולהעביר אותו לגידולי דגנים.
בעזרת חנקן בעל תווית איזוטופית, החוקרים עקבו אחר חנקן באוויר לכלורופיל של עלי תירס, ומספקים ראיות לכך שהוא נקבע מהאוויר על ידי המיקרובים שעברו עיצוב גנטי. מחקרים שדה הראו גם כי חיידקים אלה יכולים לתקן ולספק חנקן השווה עד 40 פאונד של דשן חנקן סינתטי לכל אקר עם תשואות דומות.
שיפור היעילות של דשנים חנקניים היה אתגר ארוך טווח. “הנושא המרכזי”, מסביר ד”ר Bruno Basso, פרופסור למדעי הסביבה באוניברסיטת מדינת מישיגן, שלא היה מעורב במחקר, “הוא שמערכת קרקע-צמח-אטמוספירה היא מורכבת ביותר”. מזג האוויר הבלתי צפוי מקשה על התאמת אספקת החומרים המזינים עם הביקוש של הצמחים, ועל הקביעה מדויקת של כמות החנקן שתחייב גידול והאם החומר המזין יישאר באדמה. “מעבדת המחקר שלי בילתה שנים בעזרה לחקלאים, באמצעות טכנולוגיית חשיפה מתקדמת ומודלים מחשביים כדי לעזור להם להבין טוב יותר את השדות שלהם ולהשתמש בדשן חנקן בצורה יעילה יותר כדי להגדיל את הרווח ולהפחית את ההשפעה הסביבתית, כגון אובדן חומרים מזינים למים תת קרקעיים ופליטת גזי חממה לאטמוספירה”.
לדיאזוטרופים, סוגים מיוחדים של חיידקים המופיעים בטבע, יש יכולת ייחודית להפוך גז חנקן אטמוספרי לאמוניום, אבני הבנייה של חומצות אמינו וחלבונים. תהליך זה, הידוע בכינויו קביעת חנקן ביולוגית (BNF), היה הצורה העיקרית של תזונת חנקן עבור יבולים במשך אלפי שנים לפני שהומצא דשן חנקן סינתטי.
“דיאזוטרופים ילידים בקרקע מאבדים את יכולתם לבצע BNF כאשר הם נחשפים לריכוזים גבוהים של חנקן בקרקע במשך תקופות ארוכות של זמן. זוהי תגובה אבולוציונית לשימור אנרגיה מכיוון ש- BNF הוא תהליך רב אנרגיה”, מסביר ד”ר Jean-Michel Ané, פרופסור לבקטריולוגיה ולמדעי הצמחים והמערכת החקלאית-אקולוגית באוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, אחד מחברי המחקר. “אנחנו צריכים לשכנע את החיידקים האלה לשמור על רמות גבוהות של BNF בסביבות עם הרבה חנקן, כגון קרקעות מופרות באופן סינתטי.“
חוקרים ב-Pivot Bio פיתחו מיקרובים שעברו עריכה גנטית באמצעות שיטות שאינן טרנסגניות כדי לאפשר לדיאזוטרופים להמשיך לספק חנקן לגידול גם בתנאי חנקן גבוהים. “עם עריכת הגנים, אנו מעוורים מיקרובים לנוכחות של חנקן בסביבתם, כך שהם ממשיכים לתקן אמוניום, לספק אותו ישירות על מערכת השורש“, אמר ד”ר Karsten Temme, מנהל חדשנות הראשי ומייסד שותף ב Pivot Bio ומחבר שותף למאמר. “כמו כן הציגנו עריכות אחרות כדי להבטיח שהחיידקים יוכלו להעביר את החנקן הקבוע לתבואה במקום לשמור אותו לעצמו.”
המאמר מציג ראיות על תהליך זה שמתרחש במעבדה ובמגרש הבדיקות. זהו גם המאמר הראשון שנבדק על ידי עמיתים המכסה את PROVEN® 40, המוצר המסחרי של הדור השני של Pivot Bio עבור תירס המכיל מיקרובים קובעים חנקן שעברו עיצוב גנטי.
“דשן חנקן הוא ללא ספק ההמצאה המשמעותית ביותר במאה האחרונה והוא יהיה חיוני לפיתוח העולם ולביטחון המזון בעתיד הנראה לעין. עם זאת, אנו מאמינים כי ניתן להשתמש בו טוב יותר, “ אמר ד”ר Temme. “התמקדות של Pivot Bio היא בשיפור פרודוקטיביות החקלאות על ידי הגדלת יעילות החנקן עם המיקרובים שעברו עיצוב גנטי שלנו והפחתת הפסדים של דשן סינתטי לסביבה”.
בשטח, החוקרים השתמשו במגוון ניסויים איזוטופיים כדי להדגים שוב את קביעת החנקן, הפעם בתנאים אמיתיים, ולהעריך את רמות החנקן במפעל. הם גם אספו מאות דגימות מחקלאים שהפחיתו את שיעור דשן החנקן ב-35 עד 40 פאונד חנקן לכל דונם, והחליפו אותו ב- PROVEN 40 של Pivot Bio. בממוצע, החוקרים מצאו כי לצמחים שטופלו ב- PROVEN 40 היו רמות חנקן גבוהות יותר בתחילת העונה ואין השפעות שליליות על היבול, למרות שהם קיבלו פחות דשן סינתטי.
“קשה מאוד לעקוב אחר חנקן כשהוא עובר מהאוויר למיקרוב ואז לצמח. אנו מסתמכים על החתימות האיזוטופיות של אטומי חנקן המגיעים מהאוויר לעומת אלה שבקרקע”, מסביר ד”ר Ané. בעזרת מדידות אלה, החוקרים גילו חנקן בעל תווית איזוטופית בקלורופיל של עלים תירס במעבדה, סימן לכך שהמיקרובים סיפקו את החנקן הזה לצמח.
“המחקר הנרחב הזה מבטיח כי זה אומר כי החקלאים יכולים להתחיל להפחית את דשן החנקן מבלי לפגוע בייצור: ניצחון עבור החקלאי והסביבה,” אמר ד”ר .Temme “זה מאוד מרגש כי הטכנולוגיה מאוד מדרגית. המוצרים שלנו כבר שימשו ביותר מ-13 מיליון דונם בארה”ב מאז ההשקה המסחרית שלהם לפני חמש שנים, מה שמתרגם להשפעה אמיתית.”
ד”ר Basso מסכים. “אם הטכנולוגיה הזו תמשיך לשפר ולהעביר יותר חנקן לגידולים, והם יראו שזה מתרגם להפחתת זיהום הסביבה וטביעת הרגל הכללית של הפחמן החקלאי, זה יכול להיות משנה משחק לניהול חנקן. ככל שאנחנו מחליפים דשן סינתטי עבור מקורות יעילים ובר קיימא יותר של חנקן כדי לתמוך ביוצרת היבול, כך זה טוב יותר עבור חקלאים, קהילות וסביבה.”
את המאמר המלא ניתן למצוא ב .Scientific Reports הוקם בשנת 2011, Scientific Reports הוא מגזין גישה פתוחה מ-Nature Portfolio, המפרסם מחקר מקורי בולט במדעים הטבעיים והקליניים ומוכר בתהליך ביקורת עמיתים קפדני.
אודות Pivot Bio
Pivot Bio היא חברת חקלאות בר קיימא מובילה המספקת לחקלאים טכנולוגיות בריאות גידול פטנט המנצלות את כוחו של הטבע כדי לגדל באופן אמין ופרודוקטיבי את המזון שהעולם זקוק לו לנוכח תנודתיות הולכת וגדלה. כיום זמינים בצפון אמריקה, ובקרוב בברזיל, המוצרים של החברה הם חדשנות פורצת דרך. הם בין פתרונות האקלים המבטיחים ביותר בתעשייה. החנקן של החברה חסין מזג אוויר, בטוח יותר לטיפול בו, ואינו מפרק או תורם לפליטות חמצן חנקן. Pivot Bio הוכרה שלוש פעמים על ידי מגזין Time ברשימת ההמצאות הטובות ביותר שלו, על ידי Fast Company ברשימות רעיונות משנים עולם ו-50 החברות החדשניות ביותר בעולם, על ידי CNBC ברשימת Disruptor 50 של חברות פרטיות, על ידי Fortune ברשימת Impact 20 של סטארט-אפים שמניעים טוב חברתי ועל ידי MIT Tech Review כאחת מ-15 חברות טכנולוגיות אקלים לצפות. לפרטים נוספים, בקרו באתר PivotBio.com.
תמונה – https://mma.prnewswire.com/media/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg
