Pivot Bio از نیتروژن میکروبی برای پایدارتر شدن کشاورزی | اخبار MIT

فرآیند هابر ، که نیتروژن اتمسفر را برای ایجاد کود آمونیاک تبدیل می کند ، کشاورزی را متحول کرده و به تغذیه جمعیت رو به رشد جهان کمک می کند ، اما همچنین باعث ایجاد مشکلات عظیم محیطی می شود. این یکی از پرخاشگرترین فرآیندهای شیمیایی در جهان است که مسئولیت 1-2 درصد از مصرف انرژی جهانی را بر عهده دارد. همچنین اکسید نیتروژن ، یک گاز گلخانه ای قوی که به لایه ازن آسیب می رساند ، آزاد می کند. نیتروژن اضافی نیز به طور معمول مزارع را به آبراه ها منتقل می کند و به زندگی دریایی و آلاینده های زیرزمینی آسیب می رساند.

به جای کود مصنوعی ، Pivot Bio میکروب های تولید کننده نیتروژن را مهندسی کرده است تا کشاورزی پایدارتر شود. این شرکت که توسط استاد کریس ویگت ، کارستن تمم و آلوین تامسایر تأسیس شده است ، میکروب های خود را برای رشد در ریشه های گیاه مهندسی کرده است ، جایی که آنها از قندهای ریشه تغذیه می کنند و دقیقاً نیتروژن را در عوض تحویل می دهند.

مستعمرات میکروبی Pivot با گیاه رشد می کنند و دقیقاً در زمانی که گیاه به آن احتیاج دارد ، نیتروژن بیشتری تولید می کند و رواناب نیتروژن را به حداقل می رساند.

Temme ، مدیر ارشد نوآوری Pivot می گوید: “روشی که ما مواد مغذی را برای حمایت از رشد گیاهان در طول تاریخ تحویل داده ایم ، کود است ، اما این یک روش ناکارآمد برای به دست آوردن تمام مواد مغذی مورد نیاز شما است.” “ما اکنون این توانایی را داریم که به کشاورزان کمک کنیم تا با میکروب ها کارآمدتر و تولیدی باشند.”

کشاورزان می توانند تا 40 پوند در هکتار نیتروژن سنتی را با محصول Pivot جایگزین کنند ، که حدود یک چهارم از کل نیتروژن مورد نیاز برای محصول مانند ذرت است.

از محصولات Pivot در حال حاضر برای رشد ذرت ، گندم ، جو ، جو و سایر دانه ها در میلیون ها هکتار از زمین های کشاورزی آمریکایی استفاده می شود و صدها هزار تن معادل CO2 را در این فرآیند از بین می برد. تأثیر این شرکت با توجه به ریشه های بعید آن ، که به یکی از چالش برانگیزترین زمان حرفه ویگت باز می گردد ، بسیار جالب تر است.

محوری از ناامیدی

آغاز فعالیت هر یک از اعضای هیئت علمی می تواند یک لحظه سینک یا بی صدا باشد و به حساب خود ویگت ، او در حال غرق شدن بود. به عنوان یک استادیار تازه کار شده در دانشگاه کالیفرنیا در سانفرانسیسکو ، ویگت در تلاش بود تا آزمایشگاه خود را بایستد ، بودجه خود را جذب کند و آزمایشات را آغاز کند.

در حدود سال 2008 ، ویگت به یک گروه تحقیقاتی در خارج از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی پیوست که در حال نوشتن یک پیشنهاد کمک هزینه با محوریت مواد فتوولتائیک بود. نقش اولیه وی جزئی بود ، اما یک محقق ارشد یک هفته قبل از ارسال این پیشنهاد از گروه خارج شد ، بنابراین ویگت قدم برداشت.

ویگت به یاد می آورد: “من گفتم” من این بخش را در یک هفته به پایان می رسانم. ” “این شانس بزرگ من بود.”

برای این پیشنهاد ، Voigt یک برنامه بلندپروازانه برای تنظیم مجدد ژنتیک سیستم های فتوسنتزی بیولوژیک برای کارآمدتر کردن آنها ارائه داد. او به سختی آن را به موقع ارسال کرد.

چند ماه گذشته ، سپس بررسی های پیشنهادی سرانجام دوباره برگشت. ویگت با برخی از ارشدترین محققان UC برکلی به دیدار این جلسه رسید تا در مورد پاسخ ها بحث کند.

ویگت می گوید: “بخش من از این پیشنهاد کاملاً مورد هجوم قرار گرفت.” وی گفت: “چیزی شبیه به 15 بررسی در مورد آن وجود داشت – آنها طولانی تر از کمک هزینه واقعی بودند – و این فقط یکی پس از پاره شدن دیگری به پیشنهاد من است. همه مشهورترین افراد در این جلسه ، دبیران انرژی آینده ، رهبران آینده دانشگاه هستند و کاملاً شرم آور بود. بعد از آن جلسه ، من قصد داشتم آکادمی را ترک کنم. “

چند ماه بعد دلسرد کننده ، ویگت از پل لوددن ، معاون دانشکده علوم در UC برکلی تماس گرفت. او می خواست صحبت کند.

ویگت به یاد می آورد: “وقتی وارد دفتر پولس می شوم ، او پیشنهاد من را می خواند.” “او من را نشسته و می گوید ،” همه به من می گویند این چقدر وحشتناک است. ” من فکر می کنم ، “اوه خدای من.” اما بعد او می گوید ، “من فکر می کنم اینجا چیزی وجود دارد. ایده شما خوب است ، شما فقط سیستم اشتباه را انتخاب کرده اید. “

لوددن در ادامه به ویگت توضیح داد كه او باید ایده تغییر ژن خود را برای تثبیت نیتروژن اعمال كند. او حتی پیشنهاد داد تا ویگت را از آزمایشگاه خود ، دهوا ژائو ، برای کمک به ویگت بفرستد. ویگت ژائو را با Temme جفت کرد و مطمئناً ، مقاله حاصل از کار آنها در سال 2011 توسط جامعه تثبیت نیتروژن به خوبی پذیرفته شد.

Temme می گوید: “تثبیت نیتروژن تقریباً یک قرن برای دانشمندان ، زراعت گرایان و کشاورزان بوده است ، از زمانی که کسی اولین میکروب را کشف کرد که می تواند نیتروژن را برای حبوبات مانند سویا برطرف کند.” “همه همیشه می گفتند که روزی ما می توانیم این کار را برای محصولات غلات انجام دهیم. هیجان با Pivot این اولین بار بود که فناوری در دسترس شد. “

ویگت در سال 2010 به MIT نقل مکان کرده بود. هنگامی که این مقاله بیرون آمد ، وی بیوگرافی محوری را با Temme و یکی دیگر از محققان برکلی ، آلوین تامسایر تأسیس کرد. از آن زمان ، ویگت ، که استاد دانیل ایک وانگ در MIT و رئیس گروه مهندسی بیولوژیکی است ، همکاری خود را با محوری در مورد مواردی مانند افزایش تولید نیتروژن ، پایداری تر و ایجاد آنها به سیگنال های مختلف از گیاه ادامه داده است. Pivot از فناوری MIT دارای مجوز است و این تحقیق همچنین از آزمایشگاه سیستم های آب و مواد غذایی عبدالطیف جامیل Abdul Latif Jameel (J-WAFS) پشتیبانی کرده است.

اولین اهداف Pivot به دست آوردن تأیید نظارتی و اثبات خود در بازار بود. برای به دست آوردن تأیید در ایالات متحده ، تیم Pivot به جای وارد کردن DNA کاملاً جدید ، که روند تأیید را ساده می کرد ، روی استفاده از DNA از همان ارگانیسم تمرکز کرد. این شرکت همچنین با فروشندگان بذر ذرت مستقل همکاری کرد تا محصول خود را به مزارع برساند. استقرار اولیه در سال 2019 رخ داد.

کشاورزان محصول Pivot را در کاشت ، یا به عنوان مایعی که روی خاک پاشیده می شود یا به عنوان یک پودر خشک که مجدداً آب بدن می شود و به عنوان یک پوشش روی دانه ها استفاده می کنند ، استفاده می کنند. میکروب ها روی سطح سیستم ریشه رو به رشد ، خوردن قندهای گیاهی و آزاد کردن نیتروژن در طول چرخه زندگی گیاه زندگی می کنند.

تمم توضیح می دهد: “امروز ، میکروب های ما فقط بخشی از کل قندهای تهیه شده توسط گیاه را استعمار می کنند.” وی گفت: “آنها همچنین آمونیاک را با گیاه به اشتراک می گذارند ، و همه این موارد فقط بخشی از آنچه از نظر فنی ممکن است است. تیم ما همیشه در تلاش است تا بفهمد چگونه می توان این میکروب ها را در به دست آوردن انرژی مورد نیاز برای رشد یا رفع نیتروژن و به اشتراک گذاری آن با محصول کارآمدتر کرد. “

در سال 2023 ، Pivot برنامه N-Ovator را برای اتصال شرکت ها با تولیدکنندگانی که با استفاده از نیتروژن میکروبی Pivot ، کشاورزی پایدار را انجام می دهند ، آغاز کرد. از طریق این برنامه ، شرکت ها اعتبارات نیتروژن را خریداری می کنند و کشاورزان می توانند با تأیید شیوه های خود پرداخت کنند. این برنامه یکی از اختراعات سال توسط مجله تایم سال گذشته و تا به امروز میلیون ها دلار به کشاورزان پرداخت کرده است.

نیتروژن میکروبی و فراتر از آن

Pivot در حال حاضر به کشاورزان در سراسر ایالات متحده می فروشد و با کشاورزان کوچک در کنیا همکاری می کند. همچنین امیدوار است که برای راه حل میکروبی خود در برزیل و کانادا تأیید کند ، که امیدوار است بازارهای بعدی آن باشد.

“چگونه می توانیم اقتصاد را برای همه معقول کنیم – کشاورزان ، شرکای ما و شرکت؟” Temme از مأموریت Pivot می گوید: “زیرا این واقعاً می تواند یک فناوری تورم باشد که شیوه سنتی بسیار گران قیمت برای کود را بالا می برد.”

تیم Pivot همچنین محصول را به پنبه گسترش می دهد و Temme می گوید میکروب ها می توانند یک منبع نیتروژن برای هر نوع گیاه در کره زمین باشند. علاوه بر این خط ، این شرکت معتقد است که می تواند به کشاورزان با سایر مواد مغذی ضروری برای کمک به رشد محصولات خود کمک کند.

“اکنون که فناوری خود را تأسیس کرده ایم ، چگونه می تواند به کشاورزان کمک کند تا بر سایر محدودیت هایی که با مواد مغذی محصولات زراعی با آن روبرو هستند برای به حداکثر رساندن بازده غلبه کنند؟” تمم می پرسد. “این واقعاً شروع به تغییر روشی می کند که یک کشاورز در مورد مدیریت کل هکتار از دیدگاه ، بهره وری و دیدگاه پایداری فکر می کند.”