Созданные бактериальные штаммы могут удобрять сельскохозяйственные культуры и уменьшать загрязнение водных путей.
Ученые из Университета штата Вашингтон разработали штаммы вездесущей азотфиксирующей почвенной бактерии Azotobacter vinelandii для производства аммиака и выделения его в высоких концентрациях, перенося его в сельскохозяйственные культуры вместо обычных химических удобрений.
«Мы представили убедительные доказательства того, что выделяемый аммиак передается растениям риса», — сказала Флоренс Мус, доктор философии, доцент-исследователь Института биологической химии Университета штата Вашингтон. «Наш уникальный подход направлен на предоставление новых решений проблемы замены промышленных удобрений бактериями, изготовленными по индивидуальному заказу».
Другими словами, этот подход мог бы смягчить основной источник загрязнения окружающей среды. Исследование опубликовано в Applied and Environmental Microbiology , журнале Американского общества микробиологии.
Исследователи использовали методы редактирования генов, чтобы сконструировать A. vinelandii для производства аммиака на постоянном уровне, независимо от условий окружающей среды, окружающих бактерии, и для выделения его в концентрациях, достаточно высоких для эффективного удобрения сельскохозяйственных культур.
Использование методов редактирования генов вместо вставки трансгенов в геном A. vinelandii позволило избежать нормативных требований, которые сделали бы процесс разработки более медленным, сложным и дорогим.
Научной мотивацией для исследования был интерес к лучшему пониманию фиксации азота, то есть химических процессов, посредством которых атмосферный азот ассимилируется в органические соединения в рамках азотного цикла. «Наша работа помогает обеспечить более полное, фундаментальное понимание факторов, лежащих в основе экспрессии генов в модельном азотфиксирующем микроорганизме, и определяет биохимию, которая вызывает выделение аммиака у A. vinelandii», — сказал Мус.
Практическая мотивация исследования заключалась в том, чтобы уменьшить основные проблемы загрязнения воды, которые возникают, когда излишки азотных удобрений смываются в водоемы. Это вызывает цветение водорослей, которые истощают кислород и убивают рыбу и других водных организмов, создавая «мертвые зоны» в озерах, реках и на просторах океана. Мертвая зона в северной части Мексиканского залива охватывает почти 6400 квадратных миль.
С этой целью исследователи разрабатывают бактерии для производства аммиака с постоянной скоростью. Но они надеются, что смогут разработать различные группы A.vinelandii для производства аммиака с разной скоростью, чтобы удовлетворить потребности разных видов сельскохозяйственных культур. Это позволило бы растениям использовать весь производимый аммиак, а не вымывать его в водные пути.
«Успешное широкое внедрение этих биоудобрений в сельское хозяйство уменьшит загрязнение, обеспечит устойчивые способы управления азотным циклом в почве, снизит производственные затраты и увеличит размер прибыли для фермеров, а также улучшит устойчивое производство продуктов питания за счет повышения плодородия почвы», — сказал Мус.
