Innovación
¿Podrían microbios avanzados reemplazar al fertilizante artificial?
Microbios

El surgimiento de la biología sintética ofrece el potencial para diseñar microbios que pueden ayudarnos a cultivar sin tener que recurrir a fertilizantes artificiales.

Somos mucho más que un solo ser. De hecho, nuestros cuerpos contienen más bacterias que células humanas. Una miríada de organismos microscópicos vive dentro y fuera de nosotros, proporcionándonos servicios vitales que son esenciales para nuestra supervivencia.

Esta característica, por supuesto, no es exclusiva de los seres humanos: todos los animales y las plantas comparten su existencia con una multitud de microorganismos similar. Esta comunidad ecológica de entidades orgánicas interdependientes se denomina microbioma.

Algunas plantas, como los porotos de soja o las legumbres, tienen microbiomas que incluyen bacterias, que a menudo viven en las raíces de estas plantas y pueden obtener nitrógeno del aire y convertirlo en nutrientes esenciales para que estas crezcan. La mayoría de los organismos vivientes, sin embargo, no han evolucionado con esta habilidad.

Por qué los campos necesitan fertilizantes... por ahora

Casi el 80% de la atmósfera de la Tierra está compuesta por gas nitrógeno, un componente que la mayor parte de las plantas y los animales no pueden utilizar en estado gaseoso. La mayoría de las plantas obtienen del suelo el nitrógeno que necesitan para crecer, mientras que los animales lo obtienen comiendo esas plantas (u otros animales).

Esto implica un desafío para los agricultores de todo el mundo. Para satisfacer la demanda de alimentos en constante aumento, los agricultores deben utilizar fertilizantes sintéticos para aumentar el suministro de nitrógeno y otros nutrientes del suelo, para así poder seguir cultivando y cosechando cultivos para satisfacer las necesidades del planeta.

"Los fertilizantes sintéticos nitrogenados son esenciales para los agricultores de todo el mundo y probablemente se utilizan en el 90% de la producción agrícola", comenta Mike Miille, director general de Joyn Bio, una nueva empresa conjunta entre Bayer y Ginkgo Bioworks. "Si se eliminaran, la producción de estos cultivos bajaría significativamente —o cesaría por completo— porque no tendrían la cantidad de nutrientes que necesitan para crecer".

No obstante, esto tiene un precio.

 

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Colonias de E. coli sintéticas expresan GFP (proteína verde fluorescente), una proteína que se encuentra originalmente en las medusas

 

El proceso para convertir el gas nitrógeno de la atmósfera en compuestos nitrogenados, llamado proceso de Haber-Bosch, es costoso y consume mucha energía: entre el 1 y el 2% del suministro energético del mundo, y aproximadamente el 3% de la producción mundial de gas natural. Además, es responsable de alrededor del 3% de las emisiones totales de CO2. Otro de los desafíos que presentan los fertilizantes sintéticos es su correcta dosificación: cualquier exceso puede ser dañino para el medioambiente.

La opción para disminuir el uso de los fertilizantes nitrogenados es la aplicación de productos de origen biológicos que le faciliten a las plantas la obtención del nitrógeno del ambiente.

Mediante el uso de estos microbios beneficiosos, esperamos reducir el impacto ambiental y ofrecer a los agricultores la posibilidad de ser más sustentables, tanto económicamente como en lo relacionado con el medioambiente"

Mike Miille

Mike Miille, director general de Joyn Bio

Fertilizantes biológicos

Se llama fertilizantes biológicos o inoculantes a los productos que en su formulación contienen microorganismos vivos que le permiten al cultivo la captación de nutrientes – por ejemplo, nitrógeno y fósforo, disponibles en el aire y suelo, mejorando su sanidad y consecuente aumento de rendimientos de manera sustentable. 
El uso de inoculantes microbianos permite a los productores producir más con menos. Estos incrementos de rendimientos se observan aún condiciones de insuficiente uso de fertilizantes u otros insumos en los cultivos. Todas las acciones que se toman en los lotes de producción influyen sobre el medioambiente, y, recíprocamente, cambios en el medioambiente afectan aquello que sucede en los lotes.

Avances en el diseño de microbiomas

En la última década, el costo y el tiempo que lleva analizar, secuencias y editar ADN han disminuido drásticamente. Esto ha contribuido al avance del que busca programar células como un informático programaría una computadora: la biología sintética. ", comenta Mike Miille, director general de Joyn Bio empresa conjunta entre Bayer y Ginkgo Bioworks, dedicada al estudio de microorganismos.


"La biología se expresa en el código genético bajo la forma del ADN. En cada organismo —ustedes, las plantas, yo— existe un código que puede leerse y que le dice a ese organismo qué cosas puede hacer. Fundamentalmente, lo que Ginkgo hace es realizar cambios en ese código que les permitan a las células hacer cosas nuevas", explica Jason Kelly, cofundador y director general de Ginkgo Bioworks

 

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Robot recolector de colonias que de modo rápido y preciso selecciona colonias microbianas sintetizadas según características específicas

 

Esta capacidad de permitirles a organismos microscópicos hacer cosas nuevas es el centro de la misión de Joyn Bio de desarrollar una alternativa sustentable a los fertilizantes sintéticos nitrogenados. La empresa se concentra en el análisis de los microbiomas beneficiosos que ya absorben el nitrógeno del aire para plantas como los porotos de soja y el maní para comprender mejor los genes y las etapas del proceso. La intención es encontrar maneras de crear microbios similares para ayudar a los cultivos a extraer nitrógeno del aire, lo que reduciría enormemente la necesidad de fertilizantes sintéticos.

 

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La ingeniera en Fermentación, Kar Mun Neoh, optimiza las condiciones de crecimiento de cepas destinadas a la fermentación a gran escala

 

"Mediante el uso de estos microbios beneficiosos, esperamos reducir el impacto ambiental y ofrecer a los agricultores la posibilidad de ser más sustentables, tanto económicamente como en lo relacionado con el medioambiente”, Concluyó Miille.


Prácticas agrícolas sustentables, entre ellas aquellas basadas en modernos productos biológicos, tendrán un papel central en alcanzar las demandas de producción mundial de cultivos. Tecnologías de control biológico, biofertilizantes y mejoradores biológicos del rendimiento ayudan a los productores a lograr cultivos más eficientemente, reduciendo impactos negativos sobre el suelo y el ambiente.