Ingeniørte plante‑mikrobiomer – Beskytte avlinger med bakterier

En skjult verden

I lang tid var biologisk vitenskap utelukkende fokusert på den «hoved» organismen selv, enten det var et menneskekropp eller en maisstilk. Men med økende kunnskap kom hele kompleksiteten i den levende verden frem i lyset.

Vi forstår nå at nesten alle komplekse organismer eksisterer i symbiose med et «mikrobiom», en kompleks og foranderlig befolkning av mikrober og sopp. Mikrobiomet er nå anerkjent som en nøkkelfaktor for menneskers helse, spesielt tarmmikrobiomet.

Kilde: NIH.gov

På samme måte er plantenes helse dypt knyttet til jordmikrobiomet og til og med mikrober i selve planten.

De kan forbedre plantens næringsopptak, vannforsyning og kanskje viktigst, hjelpe med å beskytte planten mot skadedyr og sykdommer.

Kilde: Energy.gov

Kan mikrobiomet endres?

Bestående av hundrevis eller til og med tusenvis av mikrobe‑arter, er mikrobiomer enormt komplekse. Dette gjør studiet deres til en vanskelig oppgave, og å fastslå hvordan et «sunt» mikrobiom ser ut kan noen ganger være komplisert.

En noe grov måte å «forbedre» et mikrobiom på er ved å tilføre ekstra organismer til det. Dette er hva probiotiske behandlinger gjør for mennesker og dyr. Og det som tilsetning av nitrogenfikserende bakterier eller mykorrhiza til jorden prøver å etterligne i landbruket. Dette kan gi gode resultater dersom mikrobiomet er sterkt forstyrret, men kan være av minimal eller ingen nytte dersom mikrobiomet allerede er etablert.

En annen tilnærming kan være å mate mikrobiomet, og hjelpe det med å bli mer balansert ved å gi de «riktige» mikrober. Innen menneskelig helse er dette tilnærmingen med å gi prebiotika. Dette kan være svært vellykket, da det lar mikrobiomet balansere seg selv naturlig ved å gi det de rette forholdene for å gjøre det.

Dette kan være mye vanskeligere å gjøre for planter, hvor mikrobiomet befinner seg i jorden, eller til og med inne i planten.

Agrikulturelle prebiotika

Et internasjonalt samarbeid mellom forskere fra Kina, Australia og Østerrike kan ha løsningen. De fokuserte på ris, en viktig matkilde for milliarder av mennesker, men disse resultatene kan utvides til andre sentrale avlinger.

De oppdaget at plantens biokjemiske produksjon av lignin kan modulere bestanden av gunstige bakterier. Lignin er en polymer som finnes i plantenes cellevegger og er rikelig i tre.

Mer spesifikt fant de et bestemt gen som er ansvarlig for ligninsyntese. Deaktivering av dette genet reduserer bestanden av gunstige bakterier. Tvert imot, overuttrykk av dette genet øker andelen av gunstige bakterier i mikrobiomet.

(genmodifikasjonene endret produksjonen av 4‑hydroksikinnaminsyre / 4‑HCA / p‑kumarinsyre, som påvirker bestanden av bakterier i Pseudomonadales‑ordenen)

Kilde: Nature

Dette åpner veien for en ny type GMO‑avlinger. I stedet for å produsere et giftstoff som mange nåværende kommersielle GMO‑planter, som modifisert ris (eller andre avlinger), vil den pleie et sunnere og mer mangfoldig bakteriemikrobiom.

Økt sykdomsbeskyttelse

Forbedringen i mikrobiomsammensetningen hadde en direkte innvirkning på avlingens helse. Den genetisk modifiserte risvarianten var mer motstandsdyktig mot bakteriell blight (Xanthomonas oryzae), en hovedårsak til avlingstap i Asia.

Vanligvis kontrolleres spredningen med plantevernmidler. Et sunnere mikrobiom kan bidra til å redusere slik bruk av plantevernmidler. Og beskytte mot sykdommer mer dynamisk og bærekraftig enn ved bruk av kjemiske eller giftproduserende GMOer.

Ikke‑GMO‑alternativer?

Det er mulig at en ikke‑GMO‑tilnærming også kan tas i bruk. Risvarianter kan screenes for deres produksjon av 4‑HCA, og deretter testes helsen til deres mikrobiom.

Dette kan åpne feltet for nye avlsmetoder for å utvikle risvarianter som krever mindre plantevernmidler for å være produktive.

Det vil også være nødvendig å bringe denne oppdagelsen til land og hele regioner som EU, som begrenser kommersiell bruk av GMOer.

Agrikulturelle mikrobiom‑aksjer

1. Corteva Agriscience

CTVA Prisdiagram

En av de største selskapene innen feltet biostimulant, hvor slike planteprebiotika er en underkategori, er Corteva Agriscience. Selskapet var agrisciences‑avdelingen av kjemigiganten DowDuPont før det ble spunnet av som et uavhengig selskap.

Kilde: Corteva Agriscience

Selskapet er svært involvert i å bringe robotikk, droner og AI til landbruket. Det promoterer også mer økologiske og bærekraftige jordbrukspraksiser, som ingen‑tilvirkning, avlingsrotasjon, målrettet bruk av plantevernmidler, tilpasning til klimaendringer, begrensning av jorderosjon, dekkavlinger, og til og med feromoner for å påvirke insektatferd, osv.

Kilde: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayer er både et farmasøytisk selskap og en stor leverandør til landbrukssektoren etter oppkjøpet av Monsanto, en leder innen plantevernmidler og GMO‑avlinger.

Å si at oppkjøpet ikke gikk bra er en underdrivelse. Monsanto har blitt målet for titusenvis av søksmål på grunn av mulige sammenhenger mellom kreft og deres flaggskip‑plantevernmiddel, glyphosat (kommersiell kjent som Roundup).

De stadig økende kostnadene fra disse søksmålene, og omdømmeskadene som fulgte, har redusert selskapets aksjekurs. Nå, med en ny administrerende direktør, kan Bayer snart bli delt inn i 2 eller 3 forskjellige selskaper, som skiller farmasøytisk virksomhet fra agrisciences‑virksomheten.

Kilde: Fortune.com

Likevel er Bayer sin avdeling Crop Sciences en verdensleder innen GMO, og den kan utnytte denne ekspertisen til å utvikle en ny risvariant og andre viktige avlinger som forbedrer jordmikrobiomet. Dette kan vise seg både lønnsomt og være en god måte å forsøke å reparere selskapets skitne image.

Bayers landbruksavdeling er også en stor investor i landbruksoppstartsbedrifter og en sterk innovatør.

Kilde: Bayer

Spesielt har Bayer inngått et partnerskap med Microsoft (MSFT ) for å kombinere teknologigigantens datastyringssystem Azur med Bayers ekspertise i å bruke data fra satellitter, feltsensorer, droner, feltutstyr og jordsensorer for å skape virkelig moderne og sammenkoblede gårder.

Kilde: Bayer

Det er også en leder innen frøvarianter og genredigering i planter, med over 500 nye avlingsvarianter i sin pipeline (og 250 nye avlingsregistreringer i 2022).

Kilde: Bayer

Agrikulturelle mikrobiom‑selskaper

Mindre selskaper som ennå ikke er børsnotert, arbeider direkte med temaet plante‑mikrobiom.

Lavie-Bio

Selskapet jobber med 6 forskjellige produkter i sin pipeline, inkludert ett i partnerskap med Corteva Agriscience.

Kilde: Lavie-Bio

Ett produkt har allerede nådd kommersialiseringsstadiet, solgt under Yalos™‑merket.

Yalos‑ og Lavie‑Bio‑teknologien er hovedsakelig fokusert på proprietære bakteriestammer som kan bidra til å øke avlingsproduktiviteten.

Microendo

Det meksikanske selskapet produserer en biofertiliser skreddersydd for hver avling.

For å gjøre dette samler de inn og utnytter det eksisterende mikrobiomet til plantene. Dette inkluderer mikrober som er tilstede inne i planten.

Kilde: Microendo

IndigoAg

Selskapets forskere analyserer planter som presterer bedre enn sine naboer, og leter etter mikrobielle fordeler som kan replikkeres i hele felt. Disse naturlige mikrober blir deretter samlet i en kommersiell formulering for å styrke felt som lider av skadet eller uttømt mikrobiom.

Kilde: Indigo

IndigoAg er også aktiv innen feltet karbonkredittsertifikater for bønder.

AgBiome

AgBiome fokuserer på soppdrepende mikrober som kan hjelpe med å beskytte avlinger mot soppsykdommer.

For dette har den utviklet sin egen samling av fullt sekvenserte mikrobestammer (GENESIS-plattformen – Gene and Strain Identification System). Den kan brukes i landbruk, men også for alle andre mulige mikrobiom‑applikasjoner som industriell bruk og dyre‑ og menneskehelse.

Kilde: AgBiome

Pivot Bio

En nøkkelrolle for jordmikrobiomer er å huse nitrogenfikserende bakterier, som tar nitrogen fra luften og omdanner det til gjødsel.

Imidlertid fungerer disse bakteriene vanligvis kun med belgfrukter.

Kilde: Pivot Bio

Pivot Bio har utviklet de første nitrogenfikserende mikrober for kornavlinger.

Den kan erstatte syntetisk nitrogengjødsel, produsert fra fossile brensler, med en organisk og karbonnøytral løsning.

Biome Makers

Biome Makers har laget verdens største database over jordmikrobiomer, med 14 millioner taksonomiske referanser ved bruk av NGS (Next Generation Sequencing), fra 188 avlinger i over 50 land.

Den gjør det mulig å bruke sin BeCrop® Test‑teknologi for å forbedre jordhelse, landbruksavkastning, og redusere kostnader (for eksempel unødvendig bruk av gjødsel).

Kilde: Biome Maker