الميكروبيومات النباتية الهندسية – حماية المحاصيل بالبكتيريا

عالم مخفي

لفترة طويلة، ركزت العلوم البيولوجية حصراً على الكائن «الرئيسي» نفسه، سواء أكان جسم إنسان أم ساق ذرة. لكن مع اتساع المعرفة، بدأت الصورة الكاملة لتعقيد العالم الحي بالظهور.

نحن الآن نفهم أن تقريبًا كل كائن معقد يعيش في تعايش مع “الميكروبيوم”، وهو مجموعة معقدة ومتغيرة من الميكروبات والفطريات. يُعَدّ الميكروبيوم الآن عاملاً رئيسيًا في صحة الإنسان، خاصةً ميكروبيوم الأمعاء.

المصدر: NIH.gov

وبالمثل، فإن صحة النباتات مرتبطة بعمق بميكروبيوم التربة وحتى بالميكروبات داخل النبات نفسه.

يمكنها تحسين تغذية النبات، وإمداد الماء، وربما الأهم، المساعدة في حماية النبات من الآفات والأمراض.

المصدر: Energy.gov

هل يمكن تغيير الميكروبيوم؟

تتكون المجتمعات الميكروبية من مئات الأنواع من الكائنات الدقيقة، بل آلافها أحياناً، ولذلك فهي شديدة التعقيد. وهذا يجعل دراستها مهمة صعبة، كما قد يصعب تحديد شكل المجتمع الميكروبي «الصحي».

طريقة تقريبًا بدائية “لتحسين” الميكروبيوم هي إضافة كائنات إضافية إليه. هذا ما تفعله العلاجات البروبيوتية للإنسان والحيوان. وما تحاول إضافة بكتيريا ثابتة للنيتروجين أو الفطريات الجذرية إلى التربة تكراره في الزراعة. يمكن أن يحقق ذلك نتائج جيدة إذا كان الميكروبيوم مضطربًا بشدة، لكنه قد يكون ذا فائدة قليلة أو لا فائدة له إذا كان الميكروبيوم مستقرًا بالفعل.

نهج آخر يمكن أن يكون إطعام الميكروبيوم، مما يساعده على التوازن من خلال إطعام “الميكروبات الصحيحة”. في صحة الإنسان، هذا هو نهج إعطاء البريبايوتكس. يمكن أن يكون هذا ناجحًا جدًا، لأنه يسمح للميكروبيوم بأن يوازن نفسه طبيعيًا، من خلال توفير الظروف المناسبة لذلك.

ويكون ذلك أصعب بكثير في النباتات، حيث يوجد المجتمع الميكروبي في التربة أو حتى داخل النبات نفسه.

البريبايوتكس الزراعية

ربما توصل تعاون دولي بين باحثين من الصين وأستراليا والنمسا إلى حل. ركز الباحثون على الأرز، وهو مصدر غذاء أساسي لمليارات البشر، لكن النتائج قد تمتد إلى محاصيل رئيسية أخرى.

قد يكون الحل في تعاون دولي بين باحثين من الصين وأستراليا والنمسا. ركّزوا على الأرز، وهو مصدر غذائي حيوي لمليارات الناس، لكن يمكن توسيع هذه النتائج لتشمل محاصيل رئيسية أخرى.

اكتشفوا أن الإنتاج الكيميائي الحيوي للغلالين في النبات يمكنه تعديل عدد البكتيريا المفيدة. الغلالين هو بوليمر موجود في جدران خلايا النباتات ويتوفر بوفرة في الخشب.

وبشكل أكثر تحديدًا، وجدوا جينًا معينًا مسؤولًا عن تخليق الغلالين. إلغاء تنشيط هذا الجين يقلل من عدد البكتيريا المفيدة. وعلى العكس، زيادة تعبير هذا الجين عن المستوى الطبيعي يزيد من نسبة البكتيريا المفيدة في الميكروبيوم.

(تغيّرت تعديلات الجين في إنتاج حمض 4-هيدروكسي-سيناميك / 4-HCA / حمض p-كوماريك، مما يؤثر على عدد بكتيريا رتبة Pseudomonadales)

المصدر: Nature

يفتح ذلك الباب أمام نوع جديد من المحاصيل المعدلة وراثياً. فبدلاً من إنتاج مادة سامة كما تفعل نباتات تجارية معدلة كثيرة، يمكن للأرز المعدل أو غيره من المحاصيل أن يغذي مجتمعاً بكتيرياً أكثر صحة وتنوعاً.

زيادة الحماية من الأمراض

كان تحسن تركيب المجتمع الميكروبي ذا أثر مباشر في صحة المحصول. وأظهر صنف الأرز المعدل وراثياً مقاومة أكبر للّفحة البكتيرية (Xanthomonas oryzae)، وهي سبب رئيسي لخسائر المحاصيل في آسيا.

عادة ما تجري السيطرة على انتشارها بالمبيدات. ويمكن لمجتمع ميكروبي أكثر صحة أن يقلل استخدام هذه المبيدات وأن يحمي من الأمراض بطريقة أكثر ديناميكية واستدامة من المواد الكيميائية أو المحاصيل المعدلة المنتجة للسموم.

هل هناك خيارات غير معدلة وراثيًا؟

وقد يكون من الممكن أيضاً اتباع نهج غير قائم على التعديل الوراثي، عبر فحص أصناف الأرز بحسب إنتاجها لمركب 4-HCA ثم اختبار صحة مجتمعاتها الميكروبية.

يمكن أن يفتح ذلك المجال أمام طرق تربية جديدة لتطوير أصناف أرز تحتاج إلى كمية أقل من المبيدات لتكون منتجة.

وسيكون ذلك ضرورياً أيضاً لإتاحة هذا الاكتشاف في بلدان ومناطق كاملة، مثل الاتحاد الأوروبي، تقيد الاستخدام التجاري للكائنات المعدلة وراثياً.

أسهم الميكروبيوم الزراعي

1. Corteva Agriscience

CTVA مخطط السعر

تعد Corteva Agriscience من أكبر الشركات في مجال المحفزات الحيوية، التي تشكل البريبايوتكس النباتية فئة فرعية منها. وكانت الشركة ذراع العلوم الزراعية لعملاق الكيميائيات DowDuPont قبل فصلها لتصبح شركة مستقلة.

المصدر: Corteva Agriscience

إحدى أكبر الشركات في مجال المحفزات الحيوية، التي تُعَدّ البريبايوتكس النباتية أحد فروعها، هي Corteva Agriscience. كانت الشركة فرع العلوم الزراعية للعملاق الكيميائي DowDuPont حتى تم فصلها كشركة مستقلة.

تشارك الشركة بشكل كبير في جلب الروبوتات والطائرات بدون طيار والذكاء الاصطناعي إلى الزراعة. كما تروّج لممارسات زراعية أكثر بيئية ومستدامة، مثل الزراعة بدون حرث، وتناوب المحاصيل، والاستخدام المستهدف للمبيدات، والتكيف مع تغير المناخ، والحد من تآكل التربة، والمحاصيل الغطائية، وحتى الفيرومونات لتأثير سلوك الحشرات، إلخ.

المصدر: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayer شركة أدوية ومورد رئيسي للقطاع الزراعي منذ استحواذها على Monsanto، الشركة الرائدة في المبيدات والمحاصيل المعدلة وراثياً.

القول إن الاستحواذ لم ينجح هو تقليل من الحقيقة. أصبحت Monsanto هدفًا لعشرات الآلاف من الدعاوى القضائية بسبب الصلة المحتملة بين السرطان ومبيدها الرئيسي، الغليفوسات (المعروف تجاريًا باسم Roundup).

أدت التكاليف المتزايدة باستمرار لهذه الدعاوى، إلى جانب الضرر الذي لحق بالسمعة، إلى خفض سعر سهم الشركة. ومع تولي رئيس تنفيذي جديد، قد تنقسم Bayer قريباً إلى شركتين أو ثلاث شركات مختلفة، مع فصل نشاط الأدوية عن نشاط العلوم الزراعية.

المصدر: Fortune.com

مع ذلك، فإن قسم علوم المحاصيل في Bayer هو رائد عالمي في المُعدّلات وراثيًا، ويمكنه الاستفادة من هذه الخبرة لتطوير نوع جديد من الأرز ومحاصيل رئيسية أخرى تُحسّن ميكروبيوم التربة. قد يكون ذلك مربحًا وطريقة جيدة لمحاولة إصلاح صورة الشركة المتضررة.

كما يعد القسم الزراعي في Bayer مستثمراً رئيسياً في الشركات الزراعية الناشئة ومصدراً قوياً للابتكار.

المصدر: Bayer

ومن الجدير بالذكر أن Bayer وقعت شراكة مع Microsoft (MSFT ) لدمج نظام إدارة البيانات Azur الخاص بالعملاق التقني مع خبرة Bayer في استخدام البيانات من الأقمار الصناعية، وأجهزة الاستشعار الميدانية، والطائرات بدون طيار، ومعدات الحقول، وأجهزة استشعار التربة لإنشاء مزارع حديثة ومترابطة حقًا.

المصدر: Bayer

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

المصدر: Bayer

شركات الميكروبيوم الزراعي

وتعمل شركات أصغر لم تُدرج في البورصة بعد بصورة مباشرة على موضوع المجتمعات الميكروبية النباتية.

Lavie-Bio

تعمل الشركة على ستة منتجات مختلفة ضمن خط تطويرها، من بينها منتج بالشراكة مع Corteva Agriscience.

المصدر: Lavie-Bio

وصل أحد المنتجات بالفعل إلى مرحلة التسويق، يُباع تحت Yalos™ العلامة التجارية.

تركز تقنيتا Yalos وLavie-Bio أساساً على سلالات بكتيرية مملوكة قادرة على المساعدة في تعزيز إنتاجية المحاصيل.

Microendo

تنتج الشركة المكسيكية سماداً حيوياً مصمماً خصيصاً لكل محصول.

للقيام بذلك، يجمعون ويستفيدون من الميكروبيوم الموجود في النباتات. وهذا يشمل الميكروبات الموجودة داخل النبات.

المصدر: Microendo

IndigoAg

يحلل باحثو الشركة النباتات التي تتفوق على جيرانها بحثاً عن مزايا ميكروبية يمكن تكرارها في حقول كاملة. ثم تُجمع هذه الميكروبات الطبيعية في تركيبة تجارية لتعزيز الحقول التي تضررت مجتمعاتها الميكروبية أو استُنزفت.

المصدر: Indigo

تنشط IndigoAg أيضاً في مجال شهادات ائتمان الكربون للمزارعين.

AgBiome

تركز AgBiome على كائنات دقيقة قاتلة للفطريات يمكنها المساعدة في حماية المحاصيل من الأمراض الفطرية.

لهذا، طورت مجموعتها الخاصة من السلالات الميكروبية المُسلسلة بالكامل (منصة GENESIS  – نظام تحديد الجينات والسلالات). يمكن استخدامها في الزراعة، وكذلك في جميع التطبيقات الأخرى للميكروبيوم مثل الاستخدامات الصناعية وصحة الحيوانات والبشر.

المصدر: AgBiome

Pivot Bio

من الأدوار الأساسية للمجتمعات الميكروبية في التربة استضافة البكتيريا المثبتة للنيتروجين، التي تأخذ النيتروجين من الهواء وتحوله إلى سماد.

مع ذلك، عادةً ما تعمل هذه البكتيريا فقط مع المحاصيل البقولية.

المصدر: Pivot Bio

قامت Pivot Bio بتطوير أول ميكروبات ثابتة للنيتروجين للمحاصيل الحبوبية.

ويمكن لهذا الحل أن يستبدل سماد النيتروجين الصناعي المنتج من الوقود الأحفوري بحل عضوي ومحايد للكربون.

Biome Makers

أنشأت Biome Makers أكبر قاعدة بيانات في العالم للمجتمعات الميكروبية في التربة، وتضم 14 مليون مرجع تصنيفي باستخدام تسلسل الجيل التالي، وتشمل 188 محصولاً في أكثر من 50 دولة.

تتيح لها هذه التقنية استخدام تقنية BeCrop® Test لتحسين صحة التربة، وزيادة غلات الزراعة، وتقليل التكاليف (مثل الاستخدام غير الضروري للسماد على سبيل المثال).

المصدر: Biome Maker