В скором времени, растения смогут сами себя удобрять
Несмотря на обилие азота в атмосфере, растения часто испытывают в нем недостаток. Дело в том, что атмосферный азот не усваивается растениями, предварительно он должен быть «зафиксирован» – переведен в форму биологически доступных соединений.
Большая часть современных азотистых удобрений, используемых в сельском хозяйстве, производится методом Габера–Боша. Благодаря полученным в ходе данного технологического процесса биодоступным соединениям сельское хозяйство может прокормить примерно на треть больше людей, чем без этих удобрений. Однако процесс Габера–Боша довольно энергоемкий. Химически активный азот попадает в атмосферу и воду, а стоки с полей приносят множество экологических проблем, при этом провоцируя респираторные заболевания, рак и болезни сердца. Ученые давно сознают необходимость создания более совершенных и безопасных азотфиксирующих систем.
Enter text image
А что если встроить такую систему в само растение?
Но начать биологи намерены не с растений, а с фотосинтезирующих бактерий.
Живым организмам сложно совместить процессы фотосинтеза и фиксации азота: кислород, побочный продукт фотосинтеза, разрушает нитрогеназу – мультифермент, осуществляющий фиксацию азота. Те немногие виды цианобактерий, которые не утратили способность к фиксации азота в ходе эволюции, разносят эти процессы в пространстве или во времени. Так, используемые в ходе экспериментов лабораторные цианобактерии Cyanothece 51142 фотосинтезируют в течение дня и фиксируют азот в ночное время. Перед тем как запустить процесс фиксации азота, они спешно сжигают запасенные за день углеродные молекулы, расходуя кислород и создавая внутри клетки анаэробные условия.
Биологи из Вашингтонского университета надеются, что набор генов Cyanothece 51142, отвечающих за фиксацию азота, можно переместить в геном Synechocystis 6803 – цианобактерии, не способной к фиксации азота. Геном этого штамма был полностью секвенирован и обладает восприимчивостью к внедрению чужеродных генов.
Одна из сложнейших задач стоящих перед учеными – поиск путей «подключения» к циркадным ритмам Synechocystis, чтобы «научить» бактерию фотосинтезировать и фиксировать азот в отведенное для этих процессов время.
