Umetna gnojila so danes nepogrešljiv del pridelave hrane, ki žal negativno vpliva na okolje. Pri tem si verjetno najprej pomislil na prevelike količine gnojil, ki se izpirajo v podtalnico in s tem onesnažujejo pitno vodo. Pri tem se pogosto prekomerno razrastejo tudi alge, ki porabijo večino kisika v vodi, nato pa začnejo razpadati. A večji problem predstavlja sam proces pridelave gnojil, ki je energetsko zelo potraten. Vključuje namreč tako imenovan Haber-Boschov postopek, kjer pri visoki temperaturi in tlaku iz vodika in dušika nastane amonijak. Energija za proces najpogosteje izvira iz fosilnih goriv, torej postopek prispeva k globalnemu segrevanju.
Za rast rastlin so ključni predvsem trije elementi: dušik, kalij in fosfor. Najpomembnejši med njimi je dušik, ki ga med drugim najdemo v klorofilu in aminokislinah, hkrati pa je najpogostejši plin v Zemljini atmosferi. Vendar rastline ne morejo izkoristiti dušika iz zraka, zato jim ga dodajamo v obliki gnojila. Znanstveniki po svetu se trudijo najti okolju prijaznejšo rešitev od gnojil, ki jih uporabljamo danes.
Eno izmed možnosti predstavljajo gensko spremenjene rastline, ki ne potrebujejo umetno proizvedenih gnojil. Pri tem hranilne spojine lahko proizvajajo mikroorganizmi, ki živijo v koreninskem sistemu rastline, ali pa rastline same. V obeh primerih je torej cilj fiksacija dušika iz zraka.
Nekateri mikroorganizmi so že sposobni fiksacije dušika, saj vsebujejo encim nitrogenazo. Nekaj dušika porabijo mikroorganizmi kot hrano, preostanek pa se sprosti v obliki amonijaka, ki ga rastline lahko izkoristijo. Zato znanstveniki lahko gensko spremenijo že obstoječe mikroorganizme tako, da bakterijam preprečijo porabo fiksiranega dušika, kar pomeni, da ga več ostane za rastline.
Ker mnogo rastlin ne živi v tesnem odnosu s tovrstnimi mikroorganizmi, si znanstveniki prizadevajo tudi, da bi z genskim inženirstvom pripravili rastline do tega, da bi same lahko fiksirale dušik. Glavna ideja je spremeniti del rastlinske celice, ki bi potem lahko proizvajal nitrogenazo. Proces proizvodnje amonijaka iz dušika pa je energijsko zelo potraten tudi na celičnem nivoju. Zato se zdi smiselno, da bi encim nitrogenaza nastajal v mitohondrijih, kjer nastane največ energetsko bogatih molekul ATP, ki bi omogočale proces. Ker pa prisotnost kisika zaustavi delovanje encima, mitohondriji niso primerni. Tam namreč najdemo precej molekul kisika, ki se porabljajo v procesu celičnega dihanja.
Znanstveniki so rešitev iskali v modifikaciji rastlinskih kloroplastov, kjer bi fiksacija dušika lahko potekala ločeno od fotosinteze. S tem nastajajoči kisik ne bi oviral delovanja encima nitrogenaze. Izkazalo se je, da cianobakterije že izkoriščajo tak postopek. Pri njih fotosinteza poteka podnevi, medtem ko ponoči fiksirajo dušik. Ker so cianobakterije evolucijsko povezane s kloroplasti, si znanstveniki obetajo dobre možnosti za uspeh.
Zaenkrat so vse te možnosti zgolj hipotetične, umetna gnojila pa so zaenkrat nepogrešljiva v proizvodnji hrane. Kar polovica svetovne populacije je namreč neposredno odvisna od umetnih gnojil, saj biološka gnojila vsebujejo premalo hranil in posledično niso dovolj učinkovita za intenzivno kmetijstvo. Vendar te hipotetične možnosti lahko v prihodnosti postanejo ravno tako nepogrešljive, kot so danes umetna gnojila, in rešijo precej težav, ki pestijo človeštvo.
Novinar
