Ingenjörskonstruerade växtmikrobiomer – skydda grödor med bakterier

En dold värld

Under en lång tid fokuserade de biologiska vetenskaperna uteslutande på den “huvudsakliga” organismen, vare sig det var en människokropp eller ett majsstjälk. Men med den ökande kunskapen har hela komplexiteten i den levande världen kommit i sikte.

Vi förstår nu att nästan alla komplexa organismer lever i symbios med ett “mikrobiom”, en komplex och föränderlig population av mikrober och svampar. Mikrobiomet erkänns nu som en nyckelfaktor för människors hälsa, särskilt tarmmikrobiomet.

Källa: NIH.gov

På liknande sätt är växternas hälsa djupt kopplad till jordens mikrobiom och även mikrober i själva växten.

De kan förbättra växtens näringsupptag, vattenförsörjning och kanske ännu viktigare, hjälpa till att skydda växten mot skadedjur och sjukdomar.

Källa: Energy.gov

Kan mikrobiomet förändras?

Eftersom mikrobiomer består av hundratals eller till och med tusentals mikrober är de oerhört komplexa. Detta gör deras studie till en svår uppgift, och att avgöra hur ett “hälsosamt” mikrobiom ser ut kan ibland vara komplicerat.

Ett något grovt sätt att “förbättra” ett mikrobiom är att tillsätta extra organismer. Detta är vad probiotiska behandlingar gör för människor och djur. Och vad tillsats av kvävefixerande bakterier eller mykorrhiza till jorden försöker efterlikna inom jordbruket. Detta kan ge goda resultat om mikrobiomet är starkt störd, men kan vara av minimal eller ingen nytta om mikrobiomet redan är etablerat.

Ett annat tillvägagångssätt kan vara att föda mikrobiomet, hjälpa det att bli mer balanserat genom att ge de “rätta” mikroberna näring. Inom människors hälsa är detta tillvägagångssättet med prebiotika. Det kan vara mycket framgångsrikt, eftersom det låter mikrobiomet balansera sig självt naturligt genom att tillhandahålla rätt förutsättningar.

Detta kan vara mycket svårare att göra för växter, där mikrobiomet finns i jorden eller till och med inuti växten.

Jordbruksprebiotika

Ett internationellt samarbete mellan forskare från Kina, Australien och Österrike kan ha svaret. De fokuserade på ris, en viktig livsmedelskälla för miljarder människor, men dessa resultat kan utökas till andra nyckelkulturer.

De upptäckte att växtens biokemiska produktion av lignin kan modulera populationen av fördelaktiga bakterier. Lignin är en polymer som finns i växternas cellväggar och är riklig i trä.

Mer specifikt fann de ett specifikt gen som ansvarar för ligninsyntes. Att inaktivera denna gen minskar populationen av fördelaktiga bakterier. Tvärtom, att uttrycka genen mer än normalt ökar andelen fördelaktiga bakterier i mikrobiomet.

(genmodifieringarna förändrade produktionen av 4‑hydroxycinnaminsyra / 4‑HCA / p‑cumarinsyra, vilket påverkar populationen av bakterier i ordningen Pseudomonadales)

Källa: Nature

Detta öppnar vägen för en ny typ av GMO‑växter. Istället för att producera ett toxin som många nuvarande kommersiella GMO‑växter, såsom modifierat ris (eller andra grödor), skulle den främja ett hälsosammare och mer diversifierat bakteriemikrobiom.

Ökat skydd mot sjukdomar

Förbättringen av mikrobiomets sammansättning hade en direkt inverkan på grödans hälsa. Den genetiskt modifierade risvarianten var mer motståndskraftig mot bakteriell bladmögel (Xanthomonas oryzae), en stor orsak till skördeförluster i Asien.

Vanligtvis kontrolleras spridningen med bekämpningsmedel. Ett hälsosammare mikrobiom kan hjälpa till att minska sådant bekämpningsmedelsbruk och skydda mot sjukdomar mer dynamiskt och hållbart än genom kemiska eller toxinproducerande GMO‑metoder.

Icke‑GMO‑alternativ?

Det är möjligt att ett icke‑GMO‑tillvägagångssätt också kan antas. Risvarianter kan screenas för deras produktion av 4‑HCA, och sedan testas mikrobiomens hälsa.

Detta kan öppna fältet för nya avelsmetoder för att utveckla risvarianter som kräver mindre bekämpningsmedel för att vara produktiva.

Det skulle också krävas att föra denna upptäckt till länder och hela regioner som EU, som begränsar kommersiell användning av GMO.

Jordbruksmikrobiomaktier

1. Corteva Agriscience

(CTVA )

En av de största företagen inom biostimulant‑området, där växtprebiotika är en underkategori, är Corteza Agriscience. Företaget var den agriscience‑gren av kemijätten DowDuPont tills det spinades av som ett självständigt företag.

Källa: Corteva Agriscience

Företaget är starkt involverat i att föra robotik, drönare och AI till jordbruket. Det främjar också mer ekologiska & hållbara odlingsmetoder, som ingen plöjning, grödrotation, riktat bekämpningsmedelsbruk, anpassning till klimatförändringar, begränsning av jorderosion, täckgrödor och till och med feromoner för att påverka insekters beteende, med mera.

Källa: Corteva Agriscience

2. Bayer

Bayer är både ett läkemedelsföretag och en stor leverantör till jordbrukssektorn sedan förvärvet av Monsanto, en ledare inom bekämpningsmedel och GMO‑grödor.

Att säga att förvärvet inte gick bra är en underdrift. Monsanto har blivit måltavla för tiotusentals rättsprocesser för möjliga samband mellan cancer och deras flaggskepps‑bekämpningsmedel, glyfosat (kommersiellt känt som Roundup).

Ständigt ökande kostnader från dessa rättsprocesser och de reputationsskador som följt har pressat företagets aktiekurs. Nu, med en ny VD, kan Bayer snart delas upp i 2 eller 3 olika företag, där pharma‑delen separeras från agriscience‑delen.

Källa: Fortune.com

Trots detta är Bayer‑avdelningen Crop Sciences en världsledare inom GMO och kan utnyttja sin expertis för att utveckla en ny variant av ris och andra nyckelkulturer som förbättrar jordens mikrobiom. Detta kan både vara lönsamt och ett bra sätt att försöka reparera företagets skadade image.

Bayers jordbruksavdelning är också en stor investerare i jordbruks‑startups och en stark innovatör.

Källa: Bayer

Speciellt har Bayer tecknat ett partnerskap med Microsoft för att kombinera teknikjättens datalagringssystem Azur med Bayers expertis i att använda data från satelliter, fältsensorer, drönare, fältutrustning och jord‑sensorer för att skapa verkligt moderna och sammankopplade gårdar.

Källa: Bayer

Det är också en ledare inom frövarianter och genredigering i växter, med över 500 nya grödvarianter i sin pipeline (och 250 nya grödregistreringar år 2022).

Källa: Bayer

Jordbruksmikrobiomföretag

Små företag som ännu inte är börsnoterade arbetar direkt med ämnet växtmikrobiom.

Lavie-Bio

Företaget arbetar med 6 olika produkter i sin pipeline, inklusive en i samarbete med Corteva Agriscience.

Källa: Lavie-Bio

En produkt har redan nått kommersialiseringsstadiet, såld under Yalos™ varumärket.

Yalos‑ och Lavie‑Bio‑teknologin fokuserar främst på proprietära bakteriestammar som kan hjälpa till att öka grödans produktivitet.

Microendo

Det mexikanska företaget producerar ett biofertiliser skräddarsytt för varje gröda.

För att göra detta samlar de in och utnyttjar den befintliga mikrobiomen hos växterna. Detta inkluderar mikrober som finns inuti växten.

Källa: Microendo

IndigoAg

Företagets forskare analyserar växter som presterar bättre än sina grannar, och söker efter mikrobiella fördelar som kan replikeras i hela fält. Dessa naturliga mikrober sammansätts sedan i en kommersiell formulering för att stärka fält som lider av skadade eller uttömda mikrobiomer.

Källa: Indigo

IndigoAg är också aktivt inom området koldioxidkreditcertifikat för jordbrukare.

AgBiome

AgBiome fokuserar på svampdödande mikrober som kan hjälpa till att skydda grödor mot svampsjukdomar.

För detta har de utvecklat sin egen samling av fullt sekvenserade mikrobstammar (GENESIS‑plattformen  – Gene and Strain Identification System). Den kan användas inom jordbruket, men även för alla andra möjliga mikrobiom‑applikationer som industriella användningar samt djur‑ och människohälsa.

Källa: AgBiome

Pivot Bio

En nyckelroll för jordens mikrobiom är att hysa kvävefixerande bakterier, som tar kväve från luften och omvandlar det till gödsel.

Dessa bakterier fungerar dock vanligtvis bara med baljväxter.

Källa: Pivot Bio

Pivot Bio har utvecklat de första kvävefixerande mikroberna för spannmålsgrödor.

Det kan ersätta syntetiskt kvävegödsel, producerat från fossila bränslen, med en organisk och koldioxidneutral lösning.

Biome Makers

Biome Makers har skapat världens största databas över jordens mikrobiomer, med 14 miljoner taxonomiska referenser med hjälp av NGS (Next Generation Sequencing), från 188 grödor i över 50 länder.

Det möjliggör användning av deras BeCrop®‑Test‑teknik för att förbättra jordhälsa, jordbruksavkastning och minska kostnader (t.ex. onödig gödselanvändning).

Källa: Biome Maker