Descoperirea unui „întrerupător molecular” ar putea ajuta culturile să își producă propriul fertilizant
Azotul este esențial pentru viață, fiind necesar pentru construirea proteinelor, a ADN-ului și a multor altor componente celulare. Deși azotul gazos reprezintă aproape 80% din atmosfera Pământului, majoritatea organismelor nu îl pot folosi direct. Anumite microorganisme rezolvă această problemă printr-un proces numit fixare a azotului, care transformă azotul gazos în amoniac. Acest proces este realizat de o enzimă numită nitrogenază.
O echipă de cercetători din mai multe instituții din Statele Unite, reunită de un grup de cercetare de la Universitatea din Arkansas, a studiat nitrogenaza și reglarea acesteia la un microorganism producător de metan, cunoscut sub numele de metanogen. Folosind microscopia crioelectronică de înaltă rezoluție, cercetătorii au descoperit că nitrogenaza din metanogen se poate lega de proteine reglatoare pentru a forma un complex inactiv de mari dimensiuni, numit de autori supercomplex proteic.
Supercomplexul nou identificat funcționează ca un întrerupător molecular, împiedicând fixarea azotului atunci când energia sau nutrienții sunt limitați. Semnalele care reflectă nivelurile de energie și nutrienți ale celulei pot descompune acest complex și pot restabili activitatea enzimei, permițând reluarea fixării azotului.
„Această descoperire dezvăluie o strategie complet nouă de reglare a uneia dintre cele mai importante reacții biochimice de pe Pământ”, a declarat Dan Lessner, profesor de științe biologice la Universitatea din Arkansas și autor corespunzător al studiului publicat în revista Nature.
Descoperirea este importantă deoarece fixarea azotului susține agricultura, producția de alimente și ecosistemele din întreaga lume. Ea avansează totodată înțelegerea fiziologiei microbiene, a ciclului global al azotului și a evoluției fixării azotului, oferind perspective care ar putea informa viitoarele aplicații de biotehnologie și agricultură durabilă.
Spre culturi care își fixează singure azotul
„Cea mai mare limitare în creșterea plantelor este adesea accesul la suficient azot, chiar și atunci când au suficientă lumină solară, apă și dioxid de carbon”, a explicat Lessner. „Dacă nu au suficient azot, nu vei obține plante foarte mari, mai ales în ceea ce privește furnizarea de material vegetal pentru oameni și animale.”
El adaugă că producția actuală de fertilizanți transformă chimic azotul din atmosferă în amoniac, în reactoare de înaltă presiune alimentate cu combustibili fosili. Fertilizantul pe bază de azot rezultat este apoi împrăștiat pe câmpuri, în speranța că plantele îl vor absorbi. În timpul acestui proces, o cantitate semnificativă de fertilizant se scurge de pe teren în pâraie și căi navigabile, ceea ce poate duce la înfloriri algale din cauza eutrofizării, degradarea habitatelor și pierderea biodiversității.
„Această enzimă [nitrogenaza] poate realiza conversia biologic, la temperatură și presiune standard”, a continuat Lessner. „Există un mare interes în înțelegerea modului în care funcționează această enzimă și cum catalizează această reacție. Aceasta pentru că o putem folosi potențial ca catalizator într-un mod mai eficient din punct de vedere energetic și mai ecologic pentru a produce amoniac pentru fertilizanți. Deoarece studiile noastre sunt bazate pe genetică, am putea transfera potențial informația genetică pe care am învățat-o în plante, cum ar fi porumbul.”
„Acest lucru ar permite plantelor să își fixeze potențial propriul azot din atmosferă și ar elimina nevoia de fertilizanți, ceea ce ar avea, evident, un impact economic, social și de mediu uriaș”, a spus el.
