นักวิจัยวิศวกรแบคทีเรียเพื่อสร้างปุ๋ยจากอากาศบาง

แนวทางทางเลือกเห็นด้วย ที่อื่น นักวิจัยคนอื่น ๆ พบว่าการผสมผสานที่เหมาะสมของไกลโคไซด์ที่ระบุโดยการออกแบบแพลตฟอร์มการทดลองนั้นมีประสิทธิภาพดีกว่า Reb A โดยที่นมช็อคโกแลตลดน้ำตาลลึกและไม่มีโยเกิร์ตเติมน้ำตาลทำงานได้ดีที่สุดด้วยส่วนผสมที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด สารละลายผสมเหล่านี้ทั้งสองมีการปรับปรุงรสชาติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับ Reb A ของไกลโคไซด์เดี่ยว

ข้อความเหล่านี้อาจฟังดูคล้ายกับนิยายวิทยาศาสตร์ 

แต่การวิจัยใหม่ของมหาวิทยาลัยวอชิงตันในนักวิทยาศาสตร์เซนต์หลุยส์แสดงให้เห็นว่าในไม่ช้าอาจเป็นไปได้ที่วิศวกรพืชจะพัฒนาปุ๋ยของตัวเอง การค้นพบนี้อาจส่งผลกระทบปฏิวัติการเกษตรและสุขภาพของโลก การวิจัยนำโดยHimadri Pakrasiศาสตราจารย์มหาวิทยาลัย Glassberg-Greensfelder Distinguished University ในภาควิชาชีววิทยาสาขาศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์และผู้อำนวยการศูนย์พลังงานสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืนระหว่างประเทศ (InCEES); และ Maitrayee Bhattacharyya-Pakrasi นักวิจัยอาวุโสด้านชีววิทยา ได้รับการตีพิมพ์ในนิตยสารmBioฉบับ เดือนพฤษภาคม/มิถุนายน

การสร้างปุ๋ยเป็นการใช้พลังงานที่เข้มข้น และกระบวนการนี้ทำให้เกิดก๊าซเรือนกระจกที่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และมันไม่มีประสิทธิภาพ การให้ปุ๋ยคือระบบนำส่งไนโตรเจน ซึ่งพืชใช้สร้างคลอโรฟิลล์สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ไนโตรเจนในปุ๋ยเชิงพาณิชย์ไม่ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ทำให้พืชได้รับ

หลังจากที่พืชได้รับการปฏิสนธิแล้ว ปัญหาอีกอย่างหนึ่งก็คือการไหลบ่า ปุ๋ยที่ถูกลมพัดพัดมาพัดพาไปในลำธาร แม่น้ำ อ่าวและทะเลสาบ ให้อาหารสาหร่ายที่สามารถเติบโตโดยควบคุมไม่ได้ ปิดกั้นแสงแดด และฆ่าชีวิตพืชและสัตว์ด้านล่าง

อย่างไรก็ตาม มีแหล่งไนโตรเจนอีกแหล่งมากมายอยู่รอบตัวเรา ชั้นบรรยากาศของโลกมีไนโตรเจนอยู่ประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์ และห้องปฏิบัติการ Pakrasi ในภาควิชาชีววิทยาเพิ่งออกแบบแบคทีเรียที่สามารถใช้ประโยชน์จากก๊าซในชั้นบรรยากาศนั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า “การตรึง” ไนโตรเจน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญที่นำไปสู่โรงงานวิศวกรรมที่สามารถทำได้ เหมือน.

การวิจัยมีรากฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าถึงแม้จะไม่มีพืชที่สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้ แต่ก็มีชุดย่อยของไซยาโนแบคทีเรีย (แบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงเหมือนพืช) ที่สามารถทำได้ ไซยาโนแบคทีเรียสามารถทำได้แม้ว่าออกซิเจนซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะรบกวนกระบวนการตรึงไนโตรเจน

แบคทีเรียที่ใช้ในการวิจัยนี้คือ Cyanothece สามารถตรึงไนโตรเจนได้เนื่องจากมีบางอย่างที่เหมือนกันกับคน

“ไซยาโนแบคทีเรียเป็นแบคทีเรียเพียงชนิดเดียวที่มีจังหวะชีวิต” ภัคราสี กล่าว สิ่งที่น่าสนใจคือ Cyanothece สังเคราะห์แสงในตอนกลางวัน เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานเคมีที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง และตรึงไนโตรเจนในตอนกลางคืน หลังจากกำจัดออกซิเจนส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านการหายใจ

ทีมวิจัยต้องการนำยีนจาก Cyanothece ซึ่งรับผิดชอบกลไกกลางวันและกลางคืนนี้มาใส่ในไซยาโนแบคทีเรียอีกประเภทหนึ่งคือ Synechocystis เพื่อเกลี้ยกล่อมให้แมลงตัวนี้ไปตรึงไนโตรเจนจากอากาศด้วย

เพื่อค้นหาลำดับของยีนที่ถูกต้อง ทีมงานจึงมองหาจังหวะชีวิตแบบปากโป้ง “เราเห็นชุดยีน 35 ตัวที่อยู่ติดกันซึ่งทำสิ่งต่างๆ เฉพาะตอนกลางคืนเท่านั้น” ภาคีกล่าว “และโดยพื้นฐานแล้วพวกมันก็เงียบในระหว่างวัน”

ทีมงานซึ่งรวมถึงผู้ร่วมวิจัย Michelle Liberton อดีตผู้ร่วมวิจัย Jingjie Yu และ Deng Liu ได้เอาออกซิเจนออกจาก Synechocystis ด้วยตนเองและเพิ่มยีนจาก Cyanothece นักวิจัยพบว่า Synechocystis สามารถตรึงไนโตรเจนที่ 2 เปอร์เซ็นต์ของ Cyanothece สิ่งที่น่าสนใจจริงๆ แต่เมื่อ Liu นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตซึ่งเป็นแกนนำของโครงการเริ่มกำจัดยีนเหล่านั้นบางส่วน ด้วยยีน Cyanothece เพียง 24 ยีน Synechocystis สามารถตรึงไนโตรเจนในอัตรามากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ของ Cyanothece

อัตราการตรึงไนโตรเจนลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเติมออกซิเจนเล็กน้อย (มากถึง 1 เปอร์เซ็นต์) แต่เพิ่มขึ้นอีกครั้งด้วยการเพิ่มยีนกลุ่มอื่นจากไซยาโนเทซ แม้ว่าจะไม่ถึงอัตราที่สูงเท่ากับไม่มีออกซิเจนก็ตาม

“นี่หมายความว่าแผนวิศวกรรมเป็นไปได้” ภาคีกล่าว “ฉันต้องบอกว่าความสำเร็จนี้เกินความคาดหมายของฉัน”

ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมคือการเจาะลึกเข้าไปในรายละเอียดของกระบวนการ บางทีอาจจำกัดกลุ่มย่อยของยีนที่จำเป็นสำหรับการตรึงไนโตรเจนให้แคบลง และร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์พืชคนอื่นๆ เพื่อนำบทเรียนที่ได้จากการศึกษานี้ไปใช้ในระดับต่อไป: พืชตรึงไนโตรเจน

พืชผลที่ใช้ประโยชน์จากไนโตรเจนในอากาศจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับเกษตรกรยังชีพ — ประมาณ 800 ล้านคนทั่วโลกตามรายงานของธนาคารโลก — การเพิ่มผลผลิตในระดับที่เป็นประโยชน์ต่อครอบครัวหรือเมืองและมีเวลามากขึ้นที่ ครั้งหนึ่งเคยใช้มือกระจายปุ๋ย

“ถ้ามันประสบความสำเร็จ” Bhattacharyya-Pakrasi กล่าว “มันจะเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในด้านการเกษตร”

Credit : hospitalitylawcheckin.com iawmontreal.org corsaworkshop.com awesomeology.org partyclips.net slimawayplan.com bawdrip.info endlessinnovationblog.com equivatexacomsds.com nitehawkvision.com