Los microbios podrían ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos
Un recubrimiento protege a las bacterias fijadoras de nitrógeno: una start-up comercializará bacterias recubiertas para su uso a gran escala en agricultura regenerativa
La producción de fertilizantes químicos representa alrededor del 1,5% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Los químicos del MIT esperan ayudar a reducir esa huella de carbono sustituyendo algunos fertilizantes químicos por una fuente más sostenible: las bacterias.
Las bacterias capaces de convertir el gas nitrógeno en amoníaco no sólo podrían aportar los nutrientes que necesitan las plantas, sino también ayudar a regenerar el suelo y protegerlas de las plagas. Sin embargo, estas bacterias son sensibles al calor y la humedad, por lo que resulta difícil ampliar su fabricación y enviarlas a las granjas.
Para superar este obstáculo, los ingenieros químicos del MIT han ideado un recubrimiento metálico-orgánico que protege las células bacterianas de los daños sin impedir su crecimiento ni su funcionamiento. En un nuevo estudio, descubrieron que estas bacterias recubiertas mejoraban el índice de germinación de una variedad de semillas, incluidas hortalizas como el maíz y el bok choy.
Según Ariel Furst, catedrático adjunto de Ingeniería Química Paul M. Cook del MIT y autor principal del estudio, este recubrimiento podría facilitar a los agricultores la utilización de microbios como fertilizantes.
"Podemos protegerlos del proceso de secado, lo que nos permitiría distribuirlos mucho más fácilmente y con menos coste porque son un polvo seco en lugar de en líquido", dice. "También pueden soportar el calor hasta 132 grados Fahrenheit, lo que significa que no tendrías que usar almacenamiento en frío para estos microbios".
Benjamin Burke, de 23 años, y el postdoctorado Gang Fan son los autores principales del trabajo, que aparece en la revista Journal of the American Chemical Society Au. Pris Wasuwanich, estudiante del MIT, y Evan Moore, de 23 años, también son autores del estudio.
Proteger los microbios
Los fertilizantes químicos se fabrican mediante un proceso de alto consumo energético conocido como Haber-Bosch, que utiliza presiones extremadamente altas para combinar el nitrógeno del aire con hidrógeno y producir amoníaco.
Además de la importante huella de carbono de este proceso, otro inconveniente de los fertilizantes químicos es que su uso a largo plazo acaba agotando los nutrientes del suelo. Para ayudar a restaurar el suelo, algunos agricultores han recurrido a la "agricultura regenerativa", que utiliza diversas estrategias, como la rotación de cultivos y el compostaje, para mantener el suelo sano. Las bacterias fijadoras de nitrógeno, que convierten el nitrógeno gaseoso en amoníaco, pueden ayudar en este enfoque.
Algunos agricultores ya han empezado a utilizar estos "fertilizantes microbianos", cultivándolos en grandes fermentadores in situ antes de aplicarlos al suelo. Sin embargo, el coste es prohibitivo para muchos agricultores.
El envío de estas bacterias a zonas rurales no es actualmente una opción viable, porque son susceptibles de dañarse por el calor. Además, los microbios son demasiado delicados para sobrevivir al proceso de liofilización que facilitaría su transporte.
Para proteger los microbios tanto del calor como de la liofilización, Furst decidió aplicar un recubrimiento llamado red metal-fenólica (MPN), que ya había desarrollado anteriormente para encapsular microbios con otros fines, como proteger las bacterias terapéuticas administradas al tubo digestivo.
Los recubrimientos contienen dos componentes -un metal y un compuesto orgánico llamado polifenol- que pueden autoensamblarse para formar una cubierta protectora. Los metales utilizados para los recubrimientos, como el hierro, el manganeso, el aluminio y el zinc, se consideran aditivos alimentarios seguros. Los polifenoles, que suelen encontrarse en las plantas, incluyen moléculas como los taninos y otros antioxidantes. La FDA clasifica muchos de estos polifenoles como GRAS (generalmente considerados seguros).
"Estamos utilizando estos compuestos naturales de calidad alimentaria que se sabe que tienen beneficios por sí mismos, y luego forman estos pequeños trajes de armadura que protegen a los microbios", dice Furst.
Para este estudio, los investigadores crearon 12 MPN diferentes y los utilizaron para encapsular Pseudomonas chlororaphis, una bacteria fijadora de nitrógeno que también protege a las plantas contra hongos dañinos y otras plagas. Descubrieron que todos los recubrimientos protegían a la bacteria de temperaturas de hasta 50 grados Celsius (122 grados Fahrenheit), y también de una humedad relativa de hasta el 48%. Los recubrimientos también mantuvieron vivos a los microbios durante el proceso de liofilización.
Un impulso para las semillas
Utilizando microbios recubiertos con el MPN más eficaz -una combinación de manganeso y un polifenol llamado galato de epigalocatequina (EGCG)-, los investigadores probaron su capacidad para ayudar a las semillas a germinar en una placa de laboratorio. Calentaron los microbios recubiertos a 50 ºC antes de colocarlos en la placa y los compararon con microbios frescos sin recubrir y con microbios liofilizados sin recubrir.
Los investigadores descubrieron que los microbios recubiertos mejoraban el índice de germinación de las semillas en un 150%, en comparación con las semillas tratadas con microbios frescos sin recubrir. El resultado fue el mismo en varios tipos de semillas, como eneldo, maíz, rábanos y bok choy.
Furst ha creado una empresa llamada Seia Bio para comercializar las bacterias recubiertas y utilizarlas a gran escala en la agricultura regenerativa. Espera que el bajo coste del proceso de fabricación haga accesibles los fertilizantes microbianos a los pequeños agricultores que no disponen de los fermentadores necesarios para cultivar esos microbios.
"Cuando pensamos en desarrollar tecnología, tenemos que diseñarla intencionadamente para que sea barata y accesible, y eso es lo que es esta tecnología. Ayudaría a democratizar la agricultura regenerativa", afirma.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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