الميكروبات النباتية المهندسة - حماية المحاصيل بالبكتيريا

عالم خفي

لفترة طويلة، ركزت العلوم البيولوجية بشكل حصري على الكائن الحي "الرئيسي" نفسه، سواء كان جسمًا بشريًا أو ساقًا من الذرة. ولكن مع زيادة المعرفة، ظهر التعقيد الكامل للعالم الحي.

نحن نفهم الآن أن كل كائن حي معقد تقريبًا يتواجد في تكافل مع "الميكروبيوم"، وهو مجموعة معقدة ومتغيرة من الميكروبات والفطريات. من المعروف الآن أن الميكروبيوم هو عامل رئيسي في صحة الإنسان، وخاصة ميكروبيوم الأمعاء.

المصدر المعاهد الوطنية للصحة.gov

وعلى نحو مماثل، ترتبط صحة النباتات ارتباطًا وثيقًا بالميكروبيوم في التربة وحتى بالميكروبات الموجودة في النبات نفسه.

يمكن أن تعمل على تحسين تغذية النبات وإمداداته بالمياه وربما الأهم من ذلك، المساعدة في حماية النبات من الآفات والأمراض.

المصدر موقع الطاقة

هل يمكن تغيير الميكروبيوم؟

نظرًا لكون الميكروبيومات مكونة من مئات أو حتى آلاف الأنواع من الميكروبات، فهي معقدة للغاية. وهذا يجعل دراستهم مهمة صعبة، كما أن تحديد شكل الميكروبيوم "الصحي" يكون معقدًا في بعض الأحيان.

إحدى الطرق البسيطة إلى حد ما "لتحسين" الميكروبيوم هي إضافة كائنات حية إضافية إليه. هذا هو ما علاجات البروبيوتيك القيام به للإنسان والحيوان. و ماذا إلحاق البكتيريا المثبتة للنيتروجين أو الجذور الفطرية بالتربة تحاول تكرارها في الزراعة. يمكن أن يكون لهذا نتائج جيدة إذا كان الميكروبيوم مضطربًا للغاية، ولكن يمكن أن يكون ذا فائدة ضئيلة أو معدومة إذا كان الميكروبيوم موجودًا بالفعل.

هناك طريقة أخرى تتمثل في تغذية الميكروبيوم، ومساعدته على تحقيق المزيد من التوازن عن طريق تغذية الميكروبات "الصحيحة". في صحة الإنسان، هذا هو النهج الذي يتم به إعطاء البريبايوتك. يمكن أن يكون هذا ناجحًا جدًا، لأنه يسمح للميكروبيوم بموازنة نفسه بشكل طبيعي، من خلال تزويده بالظروف المناسبة للقيام بذلك.

قد يكون القيام بذلك أكثر صعوبة بالنسبة للنباتات، حيث يوجد الميكروبيوم في التربة، أو حتى داخل النبات.

البريبايوتك الزراعية

قد يكون الحل هو التعاون الدولي بين باحثين من الصين وأستراليا والنمسا. لقد ركزوا على الأرز، وهو مصدر حيوي للغذاء لمليارات البشر، ولكن هذه النتائج يمكن توسيعها لتشمل محاصيل رئيسية أخرى.

اكتشفوا أن الإنتاج الكيميائي الحيوي للنباتات من اللجنين يُمكن أن يُؤثر على تعداد البكتيريا النافعة. اللجنين هو بوليمر موجود في جدران خلايا النباتات، وهو متوفر بكثرة في الخشب.

وبشكل أكثر تحديدًا، وجدوا جينًا محددًا مسؤولًا عن التخليق الحيوي لللجنين. يؤدي تعطيل هذا الجين إلى تقليل عدد البكتيريا المفيدة. على العكس من ذلك، فإن التعبير عن هذا الجين أكثر من الطبيعي يزيد من نسبة البكتيريا المفيدة في الميكروبيوم.

(لقد غيرت التعديلات الجينية إنتاج 4-حمض الهيدروكسيسيناميك / 4-HCA / حمض الكوماريك p الذي يؤثر على تجمعات البكتيريا من رتبة الزائفة)

المصدر الطبيعة

وهذا يفتح الطريق أمام نوع جديد من المحاصيل المعدلة وراثيا. فبدلاً من إنتاج مادة سامة مثل العديد من النباتات المعدلة وراثيًا التجارية الحالية، مثل الأرز المعدل (أو المحاصيل الأخرى)، فإنها تغذي ميكروبيومًا بكتيريًا أكثر صحة وتنوعًا.

زيادة الحماية من الأمراض

كان للتحسن في تكوين الميكروبيوم تأثير مباشر على صحة المحاصيل. كان صنف الأرز المعدل وراثيا أكثر مقاومة لللفحة البكتيرية (Xanthomonas oryzae)، وهي سبب رئيسي لخسائر المحاصيل في آسيا.

عادة، يتم التحكم في انتشاره باستخدام المبيدات الحشرية. يمكن أن يساعد الميكروبيوم الأكثر صحة في تقليل استخدام المبيدات الحشرية. والحماية من الأمراض بشكل أكثر ديناميكية واستدامة من استخدام الكائنات المعدلة وراثيًا الكيميائية أو المنتجة للسموم.

خيارات غير معدلة وراثيًا؟

من الممكن أيضًا اعتماد نهج غير معدّل وراثيًا. يمكن فحص أصناف الأرز لإنتاجها من 4-HCA، ​​ومن ثم اختبار صحة الميكروبيوم الخاص بها.

وهذا يمكن أن يفتح المجال أمام أساليب تربية جديدة لتطوير أصناف الأرز التي تتطلب كمية أقل من المبيدات الحشرية لتكون منتجة.

سيكون مطلوبًا أيضًا تقديم هذا الاكتشاف إلى البلدان والمناطق بأكملها، مثل الاتحاد الأوروبي، التي تقيد الاستخدام التجاري للكائنات المعدلة وراثيًا.

مخزونات الميكروبيوم الزراعية

1. كورتيفا أجريسينس

(CTVA )

من كبرى الشركات في مجال المنشطات الحيوية، والتي تعتبر البريبايوتك النباتية فئة فرعية منها، هي Corteva Agriscience. كانت الشركة فرع العلوم الزراعية لشركة الكيماويات العملاقة DowDuPont حتى تم فصلها كشركة مستقلة.

المصدر: كورتيفا أجريساينس

الشركة متورطة جدا في جلب الروبوتات والطائرات بدون طيار والذكاء الاصطناعي للزراعة. كما أنها تشجع المزيد من الممارسات الزراعية البيئية والمستدامة، مثل عدم الحراثة، وتناوب المحاصيل، والاستخدام المستهدف للمبيدات الحشرية، والتكيف مع تغير المناخ، والحد من تآكل التربة، وتغطية المحاصيل، وحتى الفيرومونات للتأثير على سلوكيات الحشرات، الخ.

المصدر Corteva Agriscience

2. باير

تعد شركة Bayer شركة أدوية ومزودًا رئيسيًا للقطاع الزراعي منذ استحواذها على شركة Monsanto، الشركة الرائدة في مجال المبيدات الحشرية والمحاصيل المعدلة وراثيًا.

إن القول بأن عملية الاستحواذ لم تسير على ما يرام هو قول بخس. أصبحت شركة مونسانتو هدفاً لعشرات الآلاف من الدعاوى القضائية بسبب الروابط المحتملة بين مرض السرطان ومبيدها الرئيسي، الغليفوسات (المعروف تجارياً باسم Roundup).

أدت التكاليف المتزايدة باستمرار من هذه الدعاوى القضائية، والأضرار التي لحقت بالسمعة والتي جاءت معها، إلى انخفاض سعر سهم الشركة. والآن مع الرئيس التنفيذي الجديد، قد يتم تقسيم باير قريبًا إلى شركتين أو ثلاث شركات مختلفة، فصل أعمال الأدوية عن أعمال العلوم الزراعية.

المصدر Fortune.com

ومع ذلك، فإن قسم علوم المحاصيل في شركة باير هو الرائد عالميًا في مجال الكائنات المعدلة وراثيًا، ويمكنه الاستفادة من هذه الخبرة في تطوير مجموعة جديدة من الأرز والمحاصيل الرئيسية الأخرى التي تعمل على تحسين ميكروبيوم التربة. قد يكون هذا طريقة مربحة وجيدة لمحاولة إصلاح الصورة المشوهة للشركة.

يعد القسم الزراعي في باير أيضًا مستثمرًا رئيسيًا في الشركات الزراعية الناشئة ومبتكرًا قويًا.

المصدر باير ل

أبرز، وقعت باير شراكة مع مايكروسوفت لدمج نظام إدارة البيانات Azur الخاص بالعملاق التكنولوجي مع خبرة Bayer في استخدام البيانات من الأقمار الصناعية وأجهزة الاستشعار الميدانية والطائرات بدون طيار والمعدات الميدانية وأجهزة استشعار التربة لإنشاء مزارع حديثة ومتصلة حقًا.

المصدر باير ل

كما أنها رائدة في مجال تنوع البذور وتحرير الجينات في النباتات، مع أكثر من 500 نوع جديد من المحاصيل في خط إنتاجها (و250 تسجيلًا جديدًا للمحاصيل في عام 2022).

المصدر باير ل

شركات الميكروبيوم الزراعية

تعمل الشركات الصغيرة التي لم يتم إدراجها علنًا بعد بشكل مباشر على موضوع الميكروبيوم النباتي.

لافي بيو

تعمل الشركة على 6 منتجات مختلفة في خط إنتاجها، بما في ذلك منتج بالشراكة مع Corteva Agriscience.

المصدر لافي بيو

وقد وصل أحد المنتجات بالفعل إلى مرحلة التسويق، حيث تم بيعه تحت مظلة يالوس™ العلامة تجارية.

تركز تقنية Yalos وLavie-Bio في الغالب على سلالات البكتيريا الخاصة القادرة على المساعدة في تعزيز إنتاجية المحاصيل.

ميكرويندو

تنتج الشركة المكسيكية سمادًا حيويًا مخصصًا لكل محصول.

للقيام بذلك، يقومون بجمع واستخدام الميكروبيوم الموجود في النباتات. وهذا يشمل الميكروبات الموجودة داخل النبات.

المصدر: ميكرويندو

IndigoAg

يقوم باحثو الشركة بتحليل النباتات التي تحقق أداءً أفضل من جيرانها، بحثًا عن مزايا ميكروبية يمكن تكرارها في حقول بأكملها. ثم تُجمع هذه الميكروبات الطبيعية في صياغة تجارية لتعزيز الحقول التي تعاني من الميكروبات التالفة أو المستنفدة.

المصدر نيلي

IndigoAg نشطة أيضًا في مجال شهادات ائتمان الكربون للمزارعين.

AgBiome

يركز AgBiome على الميكروبات التي تقتل الفطريات والتي يمكن أن تساعد في حماية المحاصيل من الأمراض الفطرية.

ولهذا السبب، قامت بتطوير مجموعتها الخاصة من السلالات الميكروبية المتسلسلة بالكامل (the منصة جينيسيس  – نظام تحديد الجينات والسلالة). ويمكن استخدامه في الزراعة، ولكن أيضًا لجميع تطبيقات الميكروبيوم الأخرى الممكنة مثل الاستخدامات الصناعية وصحة الحيوان والإنسان.

المصدر: AgBiome

المحور الحيوي

يتمثل الدور الرئيسي لميكروبيومات التربة في استضافة البكتيريا المثبتة للنيتروجين، وأخذ النيتروجين من الهواء، وتحويله إلى سماد.

ومع ذلك، عادة ما تعمل هذه البكتيريا فقط مع المحاصيل البقولية.

المصدر المحور الحيوي

قامت شركة Pivot Bio بتطوير أول ميكروبات مثبتة للنيتروجين لمحاصيل الحبوب.

ويمكن أن يحل محل الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية، المنتجة من الوقود الأحفوري، بمحلول عضوي ومحايد للكربون.

صناع Biome

أنشأت منظمة Biome Makers أكبر قاعدة بيانات في العالم للكائنات الدقيقة في التربة، مع 14 مليون مرجع تصنيفي باستخدام NGS (التسلسل الجيني للجيل التالي)، من 188 محصولًا في أكثر من 50 دولة.

فهو يتيح لها استخدام تقنية اختبار BeCrop® لتحسين صحة التربة والإنتاج الزراعي وخفض التكاليف (مثل استخدام الأسمدة غير الضرورية على سبيل المثال).

المصدر صانع بيوم