Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"MIT kimyagerleri, sürdürülebilir bir alternatif olarak azot sabitleyici bakterileri kullanarak kimyasal gübrelerin karbon ayak izini azaltıyor. Bu bakterilerin ısı ve neme dayanmasını sağlayarak tohum çimlenme oranlarını önemli ölçüde artıran koruyucu bir metal-organik kaplama geliştirdiler. Bu yenilik mikrobiyal gübreleri daha erişilebilir hale getirebilir ve rejeneratif tarımı teşvik edebilir. "
MIT’s Green Revolution: Transforming Agriculture With Microbial Fertilizers
Yeni kaplama azot bağlayıcı bakterileri ısı ve nemden koruyor, bu da büyük ölçekli tarımsal kullanım için konuşlandırılmalarını sağlayabilir.
MIT kimya mühendisleri, bakteri hücrelerini büyümelerini veya işlevlerini engellemeden hasardan koruyan metal-organik bir kaplama geliştirdi. Bu kaplanmış bakteriler, çiftçilerin mikropları gübre olarak kullanmasını çok daha kolay hale getirebilir. Sol taraftaki ek, mikropların koruyucu kabuğunu oluşturan bileşenleri gösteriyor; ortadaki ekte üçgen formasyonlarla temsil ediliyor.
Kaynak: SciTechDaily.com
Kimyasal gübre üretimi dünyadaki sera gazı emisyonlarının yaklaşık yüzde 1,5'ini oluşturuyor. MIT kimyagerleri, bazı kimyasal gübreleri daha sürdürülebilir bir kaynak olan bakterilerle değiştirerek bu karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olmayı umuyor.
Azot gazını amonyağa dönüştürebilen bakteriler sadece bitkilerin ihtiyaç duyduğu besinleri sağlamakla kalmaz, aynı zamanda toprağın yenilenmesine ve bitkilerin zararlılardan korunmasına da yardımcı olabilir. Ancak bu bakteriler ısı ve neme karşı hassas olduklarından üretimlerini büyütmek ve çiftliklere sevk etmek zordur.
Bakteriyel Hassasiyetin Üstesinden Gelmek
Bu engelin üstesinden gelmek için MIT kimya mühendisleri, bakteri hücrelerini büyümelerini veya işlevlerini engellemeden hasardan koruyan metal-organik bir kaplama tasarladılar. Yeni bir çalışmada, bu kaplanmış bakterilerin mısır ve Çin lahanası gibi sebzeler de dahil olmak üzere çeşitli tohumların çimlenme oranını artırdığını buldular.
MIT'de Kimya Mühendisliği Paul M. Cook Kariyer Geliştirme Yardımcı Doçenti ve çalışmanın kıdemli yazarı Ariel Furst, bu kaplamanın çiftçilerin mikropları gübre olarak kullanmasını çok daha kolay hale getirebileceğini söylüyor.
"Onları kurutma sürecinden koruyabiliriz, bu da onları çok daha kolay ve daha az maliyetle dağıtmamızı sağlar, çünkü sıvı yerine kurutulmuş bir tozdurlar" diyor. "Ayrıca 132 Fahrenheit dereceye kadar ısıya dayanabilirler, bu da bu mikroplar için soğuk depolama kullanmak zorunda kalmayacağınız anlamına gelir."
Benjamin Burke '23 ve postdoc Gang Fan, kısa süre önce Journal of the American Chemical Society Au'da yayınlanan açık erişimli makalenin baş yazarlarıdır. MIT mezunu Pris Wasuwanich ve Evan Moore '23 da çalışmanın yazarları arasında yer alıyor.
Mikroplar için Koruyucu Kaplama
Kimyasal gübreler, Haber-Bosch olarak bilinen ve havadaki nitrojeni hidrojenle birleştirerek amonyak elde etmek için son derece yüksek basınçlar kullanan enerji yoğun bir süreç kullanılarak üretilmektedir.
Bu sürecin önemli karbon ayak izine ek olarak, kimyasal gübrelerin bir başka dezavantajı da uzun süreli kullanımın sonunda topraktaki besin maddelerini tüketmesidir. Toprağın yenilenmesine yardımcı olmak amacıyla bazı çiftçiler, toprağı sağlıklı tutmak için ürün rotasyonu ve kompostlama gibi çeşitli stratejiler kullanan "rejeneratif tarıma" yönelmiştir. Azot gazını amonyağa dönüştüren azot sabitleyici bakteriler bu yaklaşıma yardımcı olabilir.
Bazı çiftçiler bu "mikrobiyal gübreleri" toprağa uygulamadan önce yerinde büyük fermantörlerde yetiştirerek kullanmaya başladılar bile. Ancak bu, birçok çiftçi için maliyet açısından engelleyici.
Bu bakterilerin kırsal bölgelere nakledilmesi şu anda uygulanabilir bir seçenek değil, çünkü ısıdan zarar görebilirler. Mikroplar ayrıca, taşınmalarını kolaylaştıracak dondurarak kurutma işlemine dayanamayacak kadar hassastır.
Mikropları hem ısıdan hem de dondurarak kurutmadan korumak için Furst, daha önce sindirim sistemine gönderilen terapötik bakterileri korumak gibi diğer kullanımlar için mikropları kapsüllemek üzere geliştirdiği metal-fenol ağı (MPN) adı verilen bir kaplama uygulamaya karar verdi.
Kaplamalar iki bileşen içerir - bir metal ve polifenol adı verilen organik bir bileşik - koruyucu bir kabuk halinde kendiliğinden birleşebilir. Kaplamalar için kullanılan demir, manganez, alüminyum ve çinko gibi metaller gıda katkı maddesi olarak güvenli kabul edilmektedir. Genellikle bitkilerde bulunan polifenoller, tanen ve diğer antioksidanlar gibi molekülleri içerir. FDA bu polifenollerin çoğunu GRAS (genel olarak güvenli kabul edilen) olarak sınıflandırmaktadır.
Furst, "Kendi başlarına faydaları olduğu bilinen bu doğal gıda sınıfı bileşikleri kullanıyoruz ve daha sonra mikropları koruyan bu küçük zırh takımlarını oluşturuyorlar" diyor.
Bu çalışma için araştırmacılar 12 farklı MPN oluşturdu ve bunları bitkileri zararlı mantarlara ve diğer zararlılara karşı da koruyan azot sabitleyici bir bakteri olan Pseudomonas chlororaphis'i kapsüllemek için kullandı. Tüm kaplamaların bakterileri 50 santigrat dereceye (122 Fahrenheit) kadar sıcaklıklardan ve ayrıca yüzde 48'e kadar bağıl nemden koruduğunu buldular. Kaplamalar ayrıca dondurarak kurutma işlemi sırasında mikropları canlı tuttu.
Geliştirilmiş Tohum Çimlenmesi
Araştırmacılar, manganez ve epigallokateşin gallat (EGCG) adı verilen bir polifenol kombinasyonu olan en etkili MPN ile kaplanmış mikropları kullanarak, tohumların bir laboratuvar kabında çimlenmesine yardımcı olma yeteneklerini test ettiler. Kaplanmış mikropları kaba yerleştirmeden önce 50 °C'ye kadar ısıttılar ve bunları taze kaplanmamış mikroplar ve dondurularak kurutulmuş kaplanmamış mikroplarla karşılaştırdılar.
Araştırmacılar, kaplanmış mikropların tohumların çimlenme oranını, taze, kaplanmamış mikroplarla muamele edilen tohumlara kıyasla yüzde 150 oranında artırdığını buldular. Bu sonuç dereotu, mısır, turp ve Çin lahanası dahil olmak üzere birçok farklı tohum türünde tutarlıydı.
Furst, rejeneratif tarımda büyük ölçekli kullanım için kaplanmış bakterileri ticarileştirmek üzere Seia Bio adlı bir şirket kurdu. Üretim sürecinin düşük maliyetinin, mikrobiyal gübrelerin, bu tür mikropları yetiştirmek için gerekli fermantasyon cihazlarına sahip olmayan küçük ölçekli çiftçiler için erişilebilir hale gelmesine yardımcı olacağını umuyor.
"Teknoloji geliştirmeyi düşündüğümüzde, bunu kasıtlı olarak ucuz ve erişilebilir olacak şekilde tasarlamamız gerekir ve bu teknoloji de budur. Rejeneratif tarımın demokratikleşmesine yardımcı olacaktır" diyor.
Araştırma, Ordu Araştırma Ofisi, Ulusal Sağlık Enstitüleri Yeni Yenilikçi Ödülü, Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü Çekirdek Merkezi Hibesi, CIFAR Azrieli Küresel Bursiyerler Programı, MIT'deki Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı, MIT İklim ve Sürdürülebilirlik Konsorsiyumu ve MIT Deshpande Merkezi tarafından finanse edildi.
ANNE TRAFTON, MASSACHUSETTS TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ, 9 ARALIK 2023, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 06.03.2024, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans:"Self-Assembled Nanocoatings Protect Microbial Fertilizers for Climate-Resilient Agriculture", Benjamin Burke, Gang Fan, Pris Wasuwanich, Evan B. Moore ve Ariel L. Furst, 30 Ekim 2023, JACS Au.DOI: 10.1021/jacsau.3c00426
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.