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Micróbios avançados poderiam substituir fertilizantes artificiais?

2 de agosto de 2018

O surgimento da biologia sintética oferece a possibilidade de desenvolvimento de micróbios que nos ajudam a cultivar plantações sem precisar de fertilizantes artificiais.

Todos nós somos mais do que um único ser. Na verdade, nossos corpos contêm mais bactérias do que células humanas. Uma abundância de organismos microscópicos vive dentro e fora de nós, fornecendo serviços essenciais para a nossa sobrevivência. 

É claro que isso não é uma característica exclusiva dos seres humanos. Todos os animais e plantas dividem sua existência com uma abundância semelhante de micro-organismos. Essa comunidade ecológica de entidades orgânicas interdependentes se chama microbioma.

Algumas plantas, tais como a soja ou os legumes, têm microbiomas que abrigam bactérias, as quais normalmente vivem em suas raízes e podem captar o nitrogênio do ar, e transformá-lo em nutrientes essenciais para o crescimento de seus hospedeiros. A maioria dos organismos vivos, porém, não evoluiu com essa capacidade.

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Por que as fazendas precisam de fertilizante - por enquanto...

Quase 80% da atmosfera da Terra é composta por nitrogênio, mas, para a maioria das plantas e animais, o nitrogênio não pode ser usado em seu estado gasoso. A maioria das plantas retira do solo o nitrogênio de que precisa para crescer, enquanto os animais o obtêm das plantas (ou outros animais) que comem.

Isso cria um desafio para os agricultores em todo o mundo. Para atender à crescente demanda por alimentos, os agricultores precisam usar fertilizantes sintéticos que complementem a oferta de nitrogênio e outros nutrientes no solo, para que possam manter o cultivo e a colheita para suprir à demanda mundial.

"Os fertilizantes de nitrogênio sintético são críticos para os produtores em todo o mundo e, provavelmente, são utilizados em 90% da produção agrícola", diz Mike Miille, diretor da Joyn Bio, uma nova joint venture da Bayer e da Ginkgo Bioworks. "Se eles fossem eliminados, veríamos a produção dessas lavouras caírem a níveis muito baixos, ou possivelmente desaparecer por completo, porque elas simplesmente não teriam a ingestão nutricional de que precisam para crescer."

Os fertilizantes artificiais são tão importantes para o sustento da agricultura mundial que estima-se que quase metade da população humana mundial existe por causa deles. São aproximadamente 3,6 bilhões de pessoas hoje na terra que devem sua existência aos fertilizantes artificiais.

Mas isso tem um preço.

O processo de conversão do gás nitrogênio da atmosfera em compostos de nitrato, o processo de Haber-Bosch, é caro e requer muita energia. Ele consome 1-2% do suprimento energético mundial, aproximadamente 3% da produção mundial de gás natural e é responsável por aproximadamente 3% de todas as emissões de CO2. Também é desafiador dosar o fertilizante sintético de forma precisa. A dosagem excessiva pode ser prejudicial para o meio ambiente.

"Os fertilizantes sintéticos têm muitos benefícios, mas seu uso também traz muitas consequências", afirma Maya Almaraz, pesquisadora de pós-doutorado na University of California Davis. "Quando aplicamos fertilizantes de nitrogênio na lavoura, somente metade do nitrogênio que usamos vai para os alimentos que comemos, e a outra metade muitas vezes se perde no meio ambiente."   

Existe uma forma de reduzir o uso do fertilizante de nitrogênio imitando os micróbios que ajudam a suprir a demanda de nitrogênio de algumas plantas?

"Ao usar esses micróbios benéficos, esperamos reduzir o impacto sobre o meio ambiente e oferecer ao produtor a chance de ser mais sustentável, tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental."

– Mike Miille, diretor da Joyn Bio

Desenvolvendo microbiomas

Durante a última década, o custo e o tempo gasto para analisar, sequenciar e editar DNA caiu bruscamente. Isso ajudou no surgimento de uma nova indústria que tem como finalidade programar células da mesma maneira em que um cientista programaria um computador: a biologia sintética.

"A biologia está no código digital sob a forma de DNA. Em todos os organismos, como eu, você e as plantas, há um código que pode ser lido e que diz ao organismo as coisas que pode fazer. Fundamentalmente, o que a Ginkgo faz é alterar esse código para permitir que as células desempenhem novas funções", afirma Jason Kelly, cofundador e CEO da Ginkgo Bioworks.

Essa capacidade de possibilitar que organismos microscópicos desempenhem novas funções é a essência da missão da Joyn Bio de desenvolver uma alternativa sustentável ao fertilizante de nitrogênio sintético.

Essa nova joint venture busca analisar os micróbios benéficos que já obtêm nitrogênio a partir do ar para plantas, como a soja e o amendoim, a fim de entender os genes e as vias envolvidas. A intenção é encontrar novas formas de criar micróbios semelhantes para ajudar plantações como as de milho, trigo e arroz a extrair nitrogênio do ar, reduzindo drasticamente a necessidade de fertilizante sintético.

"Nosso maior objetivo é usar os micróbios para reduzir significativamente a quantidade de fertilizantes que os produtores precisam colocar no ambiente", diz Miille. "Ao usar esses micróbios benéficos, esperamos reduzir o impacto sobre o meio ambiente e oferecer ao produtor a chance de ser mais sustentável, tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental."

Caso essa nova empresa tenha sucesso, assim como as pessoas tomam probióticos para melhorar a saúde intestinal, nossas principais lavouras poderão se beneficiar em breve de micróbios igualmente “amigáveis”. Dessa forma, estarão ajudando a atender a nossa demanda crescente por alimentos de uma forma ambientalmente sustentável.

 

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