باکتری کود

میکروب‌های مهندسی شده کودهایی می‌سازند که می‌تواند فقیرترین‌های جهان را تغذیه کند

کود صنعتی هر ساله میلیارد‌ها فرد را تغذیه می‌‌کند، اما آنها دور از دسترس بسیاری از کشاورزهای فقیرترین مناطق دنیا هستند. اکنون دانشمندان میکروب‌هایی را مهندسی کردند که با اضافه شدن آن به کود، موجب رشد گیاهانی می‌شود که ۱.۵ برابر بزرگتر از محصولاتی هستند که از این میکروب‌های مهندسی شده یا دیگر کودهای ترکیبی استفاده نمی‌کنند. این پیشرفت که این هفته در نشست انجمن شیمی آمریکا گزارش شد، می‌تواند به کشاورزان فقیرترین نقاط دنیا کمک کند تا محصولاتشان را افزایش دهند و با سوء تغذیه مزمن مبارزه کنند.

عنصر کلیدی این کود نیتروژن است، عنصری که برای ساخت هر چیزی از دی.ان.ای گرفته تا پروتئین‌ها ضروری است. نیتروژن در اطراف ما وجود دارد و بیش از ۸۰ درصد هوایی که در آن تنفس می‌کنیم حاوی نیتروژن است. اما این نیتروژن بی جان است، چون جزء ضروری در مولکول‌هایی است که گیاهان و افراد نمی‌توانند به آنها دسترسی داشته باشند. بعضی از میکروب‌ها پروتئین‌های تکامل یافته‌ای دارند که نیتروژیناس نام دارد. نیتروژیناس می‌‌تواند مولکول‌های نیتروژن هوا را جدا کند و این نیتروژن‌ها را با هیدروژن به هم پیوند بزند تا آمونیاک و دیگر ترکیب‌هایی را بسازد که گیاهان قادر به جذب نیتروژن آنها باشند.

فرایند صنعتی ساخت کود بیش از یک قرن پیش توسط دو دانشمند آلمانی به نام‌های فریتز هابر و کارل بوش به وسیله پیوند مولکولی نیتروژن و هیدروژن (H۲ ) برای ساخت آمونیاک انجام شد. اما فرایند هابر-بوش نیاز به فشار و دمای بالا دارد. به علاوه نیاز به منبعی از مولکول‌های هیدروژن است که معمولا گاز متان است. متان خودش وحشتناک گران است. برای تولید متان و نیتروژن و تبدیل آن‌ها به آمونیاک باید کارخانه‌های شیمیایی بزرگی ساخته شود، همچنین زیرساخت‌‌های عظیمی برای توزیع آن نیاز است. چنین عواملی موجب می‌شود تا کشورهای فقیر نتوانند به آسانی به این کود دسترسی داشته باشند.

چند سال پیش، پژوهشگرانی به رهبری یکی از شیمیدانان دانشگاه هاروارد به نام دانیل نوسرا چیزی را به نام برگ مصنوعی اختراع کردند. این برگ مصنوعی از یک نیمه‌هادی ترکیب شده با دو کاتالیزور متفاوت استفاده می‌کرد که نور خورشید را می‌گرفت و با استفاده از آن  مولکول‌های آب را به  (H۲O) به H۲ و اکسیژن (O۲) تجزیه می‌کرد. در این زمان گروه نورسا روی استفاده از هیدروژن گرفته شده به عنوان یک سوخت شیمیایی که بتواند به طور مستقیم و یا از طریق دستگاهی به نام سلول سوخت بسوزد و انرژی الکتریکی تولید کند متمرکز بودند. اما در پایان سال ۲۰۱۶، نورسا گزارش داد که تیمش باکتری‌ مهندسی شده‌ای به نام روزتانیا یوتروفا (Ralstonia eutropha) را برای گرفتن H۲  و کربن دی‌اکسید (CO۲) از هوا ترکیب آنها برای ساخت سوخت‌های هیدروکربنی‌ را طراحی کرده‌اند. نورسا گفت در گام بعدی کارش را با مهندسی کردن نوع دیگری از باکتری که نیتروژن هوا برای ساخت کود می‌گیرد گسترش می‌دهد.

نورسا و همکارانش روی میکروبی دیگر به نام زانتورباکتر اوتوترافیسوس (Xanthobacter autotrophicus) که به طور طبیعی منبع انزیم نیتروژناس است تمرکز کردند. اما هنو نیاز به روشی برای فراهم آوردن منبعی از H۲ برای ساخت آمونیاک داشتند. بنابراین آنها  زانتورباکتر را مهندسی کرده و انزیمی به نام هیدروژناز به دست آوردند که H۲  با به شکلی از انرژی سلولی به نام ATP تبدیل می‌کند. سپس با استفاده از ATP، و CO۲ ، به همراه H۲ اضافی از هوا نوع از بیوپلاستیک به نام پلی هیدروکسی بوتیرات یا PHB را سنتز کردند.

این باکتری H۲  را از PHB  جدا کرده و با استفاده از نیتروژناس آن را با نتیروژن هوا برای ساخت آمونیاک ترکیب می‌کند و بدین صورت ماده اولیه برای کود تشکیل می‌شود. و این ماده تنها محدود به کار در محیط آزمایشگاهی نیست. نورسا دیروز در نشت گزارش داد که او و همکارنش زانتورباکتر را در روش مهندسی کرده‌اند که می‌تواند تولید ترپچه‌های آبدارتر منجر بشود. نورسا در آزمایشی دو گروه از سبزیجات را تهیه کرده و به یکی از آنها این کود تهیه شده با زانتورباکتر را افزود و به دیگری هیچ کودی اضافه نکرد، سبزیجات دارای این کود ۱۵۰ درصد بزرگتر از سبزیجات بدون کود رشد کردند.

لیف هامسترام، شیمیدانی در دانشگاه اوپسالا در سوئد که روی ساخت سوخت از انرژی خورشیدی کار می‌کند می‌گوید تحت تاثیر این کار قرار گرفته است. او گفت، ساخت آمونیاک بدون استفاده از فرآیند صنعی «شیمی بسیار چالش‌انگیزی است.» «این یک رهیافت عالی است.» این می‌تواند به بسیاری از مردمان فقیر کمک کند. نورسا گفت که هاروارد گواهی استفاده از این فناوری جدید به موسسه فناوری شیمیایی در بمبئی، هند داده است که روی به کار گرفتن مقیاس بالا از این فناوری برای استفاده تجاری در دنیا کار می‌کند.

دیدگاه‌تان را بنویسید: