Scientific Reports presentan investigaciones revolucionarias que demuestran cómo los microbios modificados genéticamente ofrecen una nueva fuente de nitrógeno a los agricultores

Los hallazgos son la primera evidencia revisada por colegas del sector de que los microbios modificados genéticamente suministran una parte material del nitrógeno de los productores de maíz en la producción comercial 

BERKELEY, California, 9 de diciembre de 2024 /PRNewswire/ — Una investigación revisada por colegas del sector publicada hoy en Scientific Reports describe una nueva tecnología que podría revolucionar un enfoque con un siglo para proporcionar nitrógeno a los cultivos. El estudio, una colaboración de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison, la Universidad Purdue y Pivot Bio, empresa líder en agricultura sostenible, presentó la primera evidencia en su tipo que muestra cómo la modificación de genes mejora la capacidad de los microbios para fijar el nitrógeno atmosférico y transferirlo a los cultivos de cereales.

Al utilizar nitrógeno marcado isotópicamente, los investigadores rastrearon el nitrógeno en el aire hasta la clorofila de las hojas de maíz, lo que ofrece evidencia de que fue fijado desde el aire por los microbios modificados genéticamente. Los estudios de campo también mostraron que estos microbios podrían fijar y suministrar nitrógeno comparable a hasta 40 libras de fertilizante de nitrógeno sintético por acre con rendimientos similares.

Mejorar la eficacia de los fertilizantes nitrogenados ha sido un desafío histórico. “El problema central”, explica el Dr. Bruno Basso, profesor de Ciencias Ambientales en la Universidad Estatal de Michigan, que no participó en el estudio, “es que el sistema entre el suelo, las plantas y la atmósfera es extremadamente complejo”. 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 requerirá un cultivo y si el nutriente permanecerá en el suelo. “Mi laboratorio de investigación ha pasado años ayudando a los agricultores, utilizamos tecnología de detección avanzada y modelos informáticos para ayudarlos a comprender mejor sus campos y usar los fertilizantes nitrogenados de manera más eficiente para aumentar las ganancias y reducir el impacto ambiental, como las pérdidas de nutrientes hacia las aguas subterráneas y las emisiones de gases de efecto invernadero hacia la atmósfera”.

Los diazótrofos, tipos especiales de bacterias que se encuentran en la naturaleza, tienen una capacidad única para convertir el gas nitrógeno de la atmósfera en amonio, el componente básico de los aminoácidos y las proteínas. Este proceso, comúnmente conocido como fijación biológica de nitrógeno (BNF, por sus siglas en inglés), fue la principal forma de nutrición de nitrógeno para los cultivos durante miles de años antes de que se inventara el fertilizante nitrogenado sintético.

“Los diazótrofos nativos del suelo pierden su capacidad de producir BNF cuando se exponen a altas concentraciones de nitrógeno en el suelo durante largos períodos de tiempo. Esta es una respuesta evolutiva para conservar energía porque BNF es un proceso muy intensivo en energía”, explica el Dr. Jean-Michel Ané, profesor de Bacteriología y Ciencias de Plantas y Agroecosistemas en la Universidad de Wisconsin-Madison, coautor del estudio. “Necesitamos convencer a estas bacterias para que mantengan altos niveles de BNF en ambientes con mucho nitrógeno, como los suelos fertilizados sintéticamente“.

Los investigadores de Pivot Bio desarrollaron microbios modificados 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 modificaciones genéticas, cegamos a los microbios a la presencia de nitrógeno en su entorno, por lo que continúan fijando amonio, entregándolo directamente en el sistema radicular“, expresó el Dr. Karsten Temme, director de innovación y cofundador de Pivot Bio y coautor del artículo. “También introdujimos otras modificaciones para asegurarnos de que las bacterias puedan transferir el nitrógeno fijado al cultivo en lugar de guardarlo 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 abarca PROVEN ® 40, el producto comercial de segunda generación de Pivot Bio para maíz que contiene microbios fijadores de nitrógeno modificados 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 usar mejor”, comentó el Dr. Temme. “El enfoque de Pivot Bio es mejorar la productividad de la agricultura al aumentar la eficiencia del nitrógeno con nuestros microbios modificados genéticamente y reducir las pérdidas de fertilizantes sintéticos hacia el 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 tasa de fertilizante nitrogenado de 35 a 40 libras de nitrógeno por acre, reemplazándolo con PROVEN 40 de Pivot Bio. En promedio, los investigadores encontraron que las plantas tratadas con PROVEN 40 tenían niveles de nitrógeno más altos al principio de la temporada y no tenían impactos negativos en el rendimiento, a pesar de que habían recibido menos fertilizante sintético.

“Es muy difícil hacer seguimiento al nitrógeno a medida que se mueve del aire al microbio y luego a la planta. Nos basamos en las firmas isotópicas de los átomos de nitrógeno que provienen del aire frente a las del suelo”, explica el Dr. Ané. Con estas mediciones, los investigadores detectaron nitrógeno marcado isotópicamente en la clorofila de las hojas de maíz en el laboratorio, lo que es una señal de que los microbios suministraron ese nitrógeno a la planta.

“Esta extensa investigación es prometedora porque significa que los agricultores pueden comenzar a reducir el uso de fertilizantes nitrogenados sin comprometer la productividad: un beneficio mutuo para el agricultor y el medio ambiente”, afirmó el Dr. Temme. “Este hallazgo es muy emocionante porque la tecnología es altamente escalable. Nuestros productos ya se han utilizado en más de 13 millones de acres en EE. UU. desde su lanzamiento comercial hace cinco años, lo que se traduce en un impacto real”.

El Dr. Basso está de acuerdo. “Si esta tecnología continúa mejorando y proporcionando más nitrógeno a los cultivos, y muestran que esto se traduce en reducciones de la contaminación ambiental y la huella de carbono agrícola general, podría ser revolucionario para la gestión del nitrógeno. Cuanto más reemplacemos los fertilizantes sintéticos por fuentes de nitrógeno más eficientes y sostenibles para respaldar el rendimiento de los cultivos, mejor será para los agricultores, las comunidades y el medio ambiente”.

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

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 confiable y productiva los alimentos que el mundo necesita frente a la creciente volatilidad. Los productos de la empresa son una innovación revolucionaria y actualmente están disponibles en América del Norte, y pronto lo estarán en Brasil. Estos productos se encuentran entre las soluciones climáticas más prometedoras de la industria. El nitrógeno de la empresa es resistente a la intemperie, más seguro de manejar y no 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 las mejores invenciones, por Fast Company en sus listas de Ideas que cambian el mundo y las 50 Empresas más innovadoras del mundo, por CNBC en su lista Disruptor 50 de empresas privadas, por Fortune en su lista Impact 20 de empresas emergentes que impulsan el bien social y por MIT Tech Review como una de las 15 empresas de tecnología climática a seguir. Para más información, visite PivotBio.com.

Foto – https://mma.prnewswire.com/media/2557271/Pivot_Bio_Inc.jpg

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FUENTE Pivot Bio, Inc