Un componente clave de los fertilizantes es el nitrógeno, un elemento esencial para la construcción de moléculas como el ADN y las proteínas. El nitrógeno está en todos lados y comprende un 80% del aire que respiramos. No obstante, ese nitrógeno es inerte, está en forma de moléculas que las plantas y la gente no pueden aprovechar. Traducido por Agriculturers.com. Algunos microorganismos han desarrollado proteínas llamadas nitrogenasas que pueden romper las moléculas de nitrógeno del aire y ligar ese nitrógeno a hidrógeno para producir amoníaco y otros compuestos, que las plantas pueden absorber para obtener su nitrógeno.
El proceso industrial para producir fertilizante, inventado hace más de un siglo atrás por dos químicos alemanes –Fritz Haber y Carl Bosch- lleva a cabo el mismo entretejido molecular. Pero el proceso Haber-Bosch, como es conocido hoy en día, requiere de altas presiones y temperatura para funcionar. Además requiere de una fuente molecular de hidrógeno (H2), por lo general metano, que es el componente principal del gas natural. El metano en sí mismo no es muy caro, pero la necesidad de construir plantas químicas masivas para convertir el metano y el nitrógeno en amoníaco, así como la gran infraestructura necesaria para distribuirlo, hace que muchos países pobres no tengan acceso fácil a fertilizantes.
Hace unos pocos años atrás, unos investigadores liderados por el químico de la Universidad de Harvard, Daniel Nocera, desarrollaron lo que ellos denominan una hoja artificial, la cual usa un semiconductor combinado con dos catalizadores diferentes para capturar luz solar y usar la energía recolectada para romper moléculas de agua (H2O) en H2 y oxígeno (O2). En aquel momento, el grupo de Nocera se centró en usar el hidrógeno capturado como un combustible químico, que puede ser quemado directamente, o se puede hacer pasar por un dispositivo llamado “célula de combustible” para producir electricidad. Traducido por Agriculturers.com. El año pasado, Nocera informó que su equipo había intervenido genéticamente a la bacteria llamada Ralstonia eutropha para alimentarse del H2 y dióxido de carbono (CO2) del aire, y combinarlos para producir combustibles de hidrocarburos. El siguiente paso, dice Nocera, fue ampliar el alcance de su trabajo al intervenir otro tipo de bacteria para captar nitrógeno del aire y producir fertilizante.
Nocera y sus colegas se volcaron a un microorganismo llamado Xanthobacter autotrophicus, que posee una enzima nitrogenasa de forma natural. Sin embargo, aún necesitaban una forma de proveer a los microorganismos de una fuente de H2 para producir amoníaco, por lo que intervinieron genéticamente a la Xanthobacter, proporcionándole una enzima llamada hidrogenasa, que le permite alimentarse de H2 para producir un tipo de energía celular llamada ATP. Estas bacterias usan ese ATP junto con H2 y CO2 del aire para sintetizar un tipo de bioplástico llamado polihidroxibutirato o PHB, que pueden almacenar en sus cuerpos.
Aquí es cuanto entra en juego la enzima nitrogenasa de los microorganismos. Las bacterias cosechan el H2 de sus reservas de PHB y usan su nitrogenasa para combinarlo con nitrógeno del aire y producir amoníaco, el material inicial para los fertilizantes. Traducido por Agriculturers.com. No funciona sólo en el laboratorio: Nocera informó ayer en la junta, que cuando él y sus colegas pusieron su Xanthobacter modificada en una solución y usaron esta solución para regar cultivos de rábanos, los vegetales crecieron un 150% más que los rábanos de control a los que no les fueron agregados ni microorganismos ni otros fertilizantes.
Leif Hammarströn, un químico de la Universidad de Uppsala en Suecia, quien trabaja también en la elaboración de combustibles a partir de energía solar, asegura que está sorprendido con el trabajo. Producir amoníaco sin requerir de un proceso industrial “es una química muy desafiante”, asegura. “Este es un buen enfoque”. Puede ser un enfoque que ayude a los pobres del mundo. Nocera asegura que Harvard le ha entregado una licencia de propiedad intelectual para la nueva tecnología al Instituto de Tecnología Química de Mumbai, India, que está trabajando en el escalamiento de la tecnología para su uso comercial en el mundo.
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