Firma Switch Bioworks z Kalifornii rozpoczęła pierwsze wielostanowe próby polowe z kukurydzą na Środkowym Zachodzie USA, testując inżynieryjne mikroby wiążące azot. Mikroby te mają kolonizować korzenie roślin, a po kilku tygodniach sezonu wegetacyjnego włączać produkcję amoniaku. Próby, które rozpoczęły się w maju, stanowią przejście z laboratorium do rzeczywistych warunków polowych.
Jak działają zmodyfikowane mikroby?
Switch Bioworks wykorzystuje mieszankę glebowych mikrobów, które naturalnie wytwarzają enzym nitrogenazę, umożliwiający łączenie azotu z wodorem w celu produkcji amoniaku. Założyciel firmy, dr Tim Schnabel, wyjaśnia, że aktywny związek – amoniak – jest identyczny z tym produkowanym w procesie Habera-Boscha, ale mikroby działają w temperaturze pokojowej, co jest „cudem natury”. Mikroby są zaprojektowane tak, aby najpierw konkurować z naturalnym mikrobiomem gleby i zadomowić się, a następnie przełącznik genetyczny uruchamia produkcję amoniaku. Schnabel nie ujawnił dokładnego wyzwalacza środowiskowego, ale podkreślił, że nie wymaga on interwencji rolnika.
Cele prób polowych
W trakcie prób, określanych jako „późne badania i rozwój”, Switch stara się odpowiedzieć na trzy kluczowe pytania: czy mikroby zadomowią się na korzeniach kukurydzy, czy przełącznik genetyczny aktywuje się we właściwym czasie, oraz które mikroby powinny wejść w skład końcowego produktu. Firma mierzy skład mikrobiomu korzeniowego, liczebność zmodyfikowanych szczepów, aktywację przełącznika (wykrywalną poprzez zmianę sekwencji DNA), wskaźniki odpowiedzi azotowej roślin oraz plon. Jednak w tym sezonie nie oczekuje się mierzalnej odpowiedzi azotowej czy plonowej – priorytetem jest kolonizacja i prawidłowe działanie przełącznika.
Znaczenie mechanizmu przełączania
Wiązanie azotu stanowi duże obciążenie metaboliczne dla mikrobów. Według tezy Switch, ciągła produkcja dużych ilości azotu może osłabić konkurencyjność mikrobów wobec naturalnych organizmów glebowych. Dlatego firma rozdziela te zadania: najpierw mikroby konkurują, rozmnażają się i kolonizują korzenie, a później przełącznik genetyczny włącza produkcję amoniaku i programuje mikroby do wytwarzania nadmiaru azotu, który jest „dzielony” z roślinami. Schnabel argumentuje, że ten kompromis między kolonizacją a wydajnością jest kluczowym wyzwaniem dla branży nawozów mikrobiologicznych i stanowi główną przewagę Switch.
Regulacje i perspektywy komercyjne
Switch uzyskał pozwolenia na eksperymentalne uwalnianie do środowiska od USDA i EPA, co Schnabel określa jako „pierwsze w swojej klasie” ze względu na złożoność inżynierii. Firma planuje komercjalizację w ciągu dwóch–trzech lat. Celem nie jest całkowite wyeliminowanie syntetycznego azotu – zastąpienie 25% nawozu azotowego przy zachowaniu plonów byłoby dużym sukcesem, a górna granica biologii to około 50%. Biznesowy model opiera się na dostarczaniu azotu po niższym koszcie, przy stosunkowo małej dawce mikrobów aplikowanych w bruzdę. Schnabel szacuje, że oszczędności rzędu 20–30 dolarów na akr na nawozie byłyby ogromne dla rolników. Firma prowadzi zaawansowane rozmowy partnerskie z firmami z sektora detalicznego, nawozowego i nasiennego, a ogłoszenia spodziewane są jeszcze w tym roku.
„Wynalezienie na nowo nawozów to jeden z najważniejszych problemów naszych czasów, a Switch jest jedną z niewielu firm, które mają realną szansę go rozwiązać” – powiedział Gareth Asten, partner generalny w Acre Venture Partners, inwestorze Switch Bio. „Próby polowe to ważny kamień milowy na tej drodze.”
