Zvětšit obrázek

Gluconacetobacter diazotrophicus. Kredit: Regents of the University of California, US Department of Energy.

Je to pradávný paradox, starý jako sám život. Zelené rostliny potřebují k důstojnému životu dusík, obvykle hodně dusíku. O zemědělských plodinách, na nichž visí naše existence, ani nemluvě. Podstatná část starostí o životodárnou sklizeň spočívá v zajišťování nezbytného dusíku. Přitom ale pozemské rostliny žijí v atmosféře, která je dusíkem doslova nacpaná. Je to doopravdy k vzteku. Dusík je všude kolem nás, topíme se v něm a přitom je velice nedostatkovým zbožím. Vtip je v tom, že atmosférický dusík je pro většinu organismů zcela nedobytný. Jeho molekuly ze dvou atomů dusíku jsou tak pevné, tak nezdolné, že je dovede rozbít jedině mocná síla z prastarého světa, která si nezadá s tolkienovskou magií. Atmosférický dusík dovedou využít jedině bakteriální fixátoři dusíku, vyzbrojení k tomuto účelu bizarním nástrojem – enzymem nitrogenázou. Bakterie fixující dusík mohou žít na volné noze a starat se samy o sebe. Někdy bývají v rostlinných pletivech a tam spolupracují s hostitelem, jako například rhizobia s bobovitými rostlinami. Co kdyby ale mohly být uvnitř prakticky každé buňky kořenů běžných zemědělských plodin?

Zvětšit obrázek

Edward Cocking. Kredit: University of Nottingham.

Na první pohled velmi neobvyklý koncept se už ve skutečnosti blíží ke komerčnímu využití. Edward Cocking, šéf Centra pro fixaci dusíku zemědělských plodin na Univerzitě v Nottinghamu, nedávno ohlásil převratnou technologii, která má potenciál změnit tvář globálního zemědělství. S kolegy vyvinul metodu, jak dostat bakteriální lapače dusíku přímo dovnitř buněk kořenů rostlin. Zásadním prvkem Cockingovy technologie je pozoruhodný typ bakterií fixujících dusík, před pár lety objevený v cukrové třtině. Podle Cockinga tyto bakterie mohou úspěšně kolonizovat buňky všech hlavních plodin a tím jim zajistit velkolepý přísun dusíku, který pokryje až 60 procent spotřeby rostliny. Vnitrobuněční fixátoři dusíku se u rostlin občas vyskytují už teď, Cocking a spol. zřejmě přišli na způsob, jak jimi osídlit významné množství buněk u řady druhů plodin.

Zvětšit obrázek

Cyklus dusíku v přírodě. Fixace vzdušného dusíku vlevo. Kredit: EPA, Wikimedia Commons.

Cocking jako přední expert na dusík ve vztahu k rostlinám velmi dobře věděl o nutnosti omezit doposud nezbytné intenzivní hnojení dusíkatými hnojivy. Je drahé a velice zatěžuje okolí. V poslední době se nápadně zvyšuje naše závislost na syntetických dusíkatých hnojivech vyráběných z fosilních paliv, jejichž přívětivost vůči prostředí si asi každý dovede představit. Nedávná studie odhaduje, že znečištění dusíkem přináší jen v Evropě ztráty ve výši 60 až 280 miliard liber ročně. Cockingova technologie přezdívaná jako N-Fix by mohla zvrátit situaci v náš prospěch. Jak je v dnešní době bohužel přízračné, Cocking musí vyzdvihovat, že technologie N-Fix není genetickou modifikací ani bioinženýrstvím, jako by to mělo být něco prašivého. Navíc to zřejmě není tak úplně pravda, ale pro komerční úspěch v zastydlé Evropě to bude nezbytné.

Dana Elhottová. Kredit: UPB, AVČR.

N-Fix vypadá tak, že se semena zemědělských plodin obalí v substanci, která obsahuje dotyčné bakterie. Bakterie by pak měly proniknout do buněk rostoucích plodin. O bližších detailech Cocking a jeho lidé příliš nemluví. Není divu, pokud se N-Fix prosadí na globálním zemědělském trhu a bude fungovat, jak si představují jeho tvůrci, tak nejspíš půjde o fantastické peníze. Univerzita v Nottinghamu poskytla licenci na N-Fix společnosti Azotic Technologies, která by měla N-Fix dotáhnout a nabídnout na globálním trhu. Kromě nadšení je pochopitelně na místě i obezřetnost, velký zásah do světového zemědělství je nejprve nutné promyslet a vyzkoušet. Laboratorní testy prozatím ukazují, že N-Fix funguje u řady zemědělských plodin a teď se čeká na výsledky terénních experimentů. Možná máme nakročeno na zásadní revoluci v zemědělství. N-Fix by měl být komerčně dostupný do dvou až tří let.

Převratná technologie hnojení plodin vnitrobuněčnými symbiotickými bakteriemi N-Fix zaujala i specialistku na půdní mikrobiologii a ekologii Danu Elhottovou z Oddělení půdní mikrobiologie a půdní chemie Ústavu půdní biologie Biologického centra Akademie věd v Českých Budějovicích. Podle ní by klíčovým mikroorganismem technologie N-Fix mohla být alfaproteobakterie Gluconacetobacter diazotrophicus anebo jiný blízce příbuzný druh. Elhottová vnímá objev jako zajímavý v mnoha směrech a bude jistě přínosné ho sledovat i nadále.

Literatura

University of Nottingham News 25.7. 2013, Wikipedia (Nitrogen fixation).