I batteri intelligenti potrebbero trasformare la produzione agricola alimentare globale
Questa tecnologia potrebbe sbloccare il pieno potenziale di rendimento delle colture, riducendo al contempo la dipendenza da fertilizzanti e pesticidi
Con una popolazione mondiale che si prevede raggiungerà i 10 miliardi di persone entro il 2050 e una resa delle colture che diminuisce ogni anno, un team di accademici della Northumbria University sta sviluppando un nuovo approccio rivoluzionario alla sicurezza alimentare.
Da sinistra a destra: La dott.ssa Angela Sherry, la dott.ssa Emma Riley e il dott. Ciaran Kelly, dell'Università di Northumbria.
Barry Pells / Northumbria University
Sono stati selezionati dall'Agenzia per la Ricerca Avanzata e l'Invenzione (ARIA) come uno dei soli 14 creatori di R&S che riceveranno un finanziamento di avviamento nell'ambito del suo ambizioso spazio di opportunità per le piante programmabili.
Il team interdisciplinare riceverà quasi mezzo milione di sterline per finanziare lo sviluppo di un "batterio intelligente" in grado di riprogrammare dinamicamente il modo in cui le colture rispondono agli stress ambientali in tempo reale.
Il progetto, della durata di 18 mesi, intitolato Smart Engineered Bacterial Conduits for Enhanced Crop Performance, è guidato dal dottor Ciarán Kelly, professore aggiunto in Biologia sintetica, e dalla dottoressa Emma Riley, assistente di ricerca senior in Bioscienze, insieme alla dottoressa Angela Sherry, professore associato in Ambienti microbici, in collaborazione con accademici dell'Università di Oxford e dell'Università di Leeds.
Il progetto affronta una sfida fondamentale nell'agricoltura moderna: le colture spesso rispondono con troppa cautela a condizioni di stress moderato, come la siccità moderata e i bassi livelli di nitrati nel suolo prima dell'applicazione di fertilizzanti, con un grave impatto sulla loro crescita.
"Le piante si sono evolute dando la priorità alla sopravvivenza piuttosto che alla resa", spiega il dottor Kelly. "Ma questo meccanismo naturale di sopravvivenza è spesso controproducente per la produzione alimentare. Anche uno stress moderato fa sì che le piante interrompano la crescita e passino alla modalità di difesa, il che rappresenta un'enorme limitazione nella coltivazione di colture destinate al consumo umano".
La soluzione innovativa del team di Northumbria prevede l'ingegnerizzazione di condotti batterici che agiscono come intermediari intelligenti tra le piante e il loro ambiente.
Questi batteri intelligenti percepiscono le indicazioni ambientali e i segnali di stress delle piante, quindi intervengono per riequilibrare gli ormoni vegetali in tempo reale, consentendo alle colture di mantenere la crescita in condizioni di stress moderato.
Questa tecnologia potrebbe sbloccare il pieno potenziale di rendimento delle colture, riducendo al contempo la dipendenza da fertilizzanti e pesticidi.
"I nostri condotti batterici ingegnerizzati saranno in costante feedback con la coltura, raccogliendo i segnali provenienti dalla pianta e dall'ambiente esterno e riprogrammando il comportamento della pianta attraverso la regolazione dei rapporti chiave tra gli ormoni vegetali", spiega il dottor Kelly. "Stiamo introducendo per la prima volta un controllo rapido e dinamico del comportamento delle colture sul campo, riprogrammando la pianta in tempo reale per rispondere in modo rapido e appropriato agli stress".
La dott.ssa Emma Riley, che porta la sua esperienza nelle interazioni tra piante e batteri grazie alla sua ricerca di dottorato, ha dichiarato: "Ci basiamo su decenni di ricerca sui batteri che favoriscono la crescita delle piante e che sono già utilizzati in modo sicuro in agricoltura. La nostra innovazione consiste nell'aggiungere un'intelligenza programmabile a questi sistemi robusti, consentendo un intervento dinamico basato sulle condizioni di stress in tempo reale".
Il dottor Kelly sottolinea le implicazioni più ampie: "Non stiamo solo modificando i sistemi esistenti, ma stiamo reimmaginando completamente il modo in cui affrontiamo lo sviluppo delle colture. Invece del tradizionale processo di modifica genetica delle piante che dura mesi nei laboratori, stiamo usando batteri intelligenti per trasformare il comportamento della pianta nel campo stesso". Essere stati selezionati da ARIA come uno dei loro creatori di R&S evidenzia il potenziale impatto globale di questa ricerca e siamo lieti che sia stata riconosciuta e sostenuta da ARIA".
ARIA è la più recente agenzia di finanziamento della ricerca del Regno Unito, sponsorizzata dal Dipartimento per la Scienza, l'Innovazione e la Tecnologia, e finanzia team di scienziati e ingegneri per portare avanti ricerche al limite del possibile dal punto di vista scientifico e tecnologico.
Lo spazio di opportunità "Programmable Plants" di ARIA, guidato dalla direttrice del programma Angie Burnett, riconosce che le piante rappresentano l'80% della biomassa terrestre e sono distribuite in modo rapido, economico e capillare sul nostro pianeta. Ciò rende le piante una piattaforma tecnologica ideale per fornire risorse sostenibili a basso costo e su scala.
Gli spazi di opportunità di ARIA sono trasversali alle discipline, ai settori e alle istituzioni, e riuniscono scienziati e ingegneri con competenze diverse per abbattere i silos e scoprire nuovi percorsi.
L'essere stati selezionati come uno dei soli 14 creatori di R&S in un campo altamente competitivo dimostra l'eccezionale potenziale dell'approccio della Northumbria e le competenze del team in biologia sintetica, microbiologia e scienze vegetali.
Il loro progetto di avviamento, della durata di 18 mesi, stabilirà una prova di concetto per i condotti batterici ingegnerizzati, con la possibilità di ottenere finanziamenti successivi per sviluppare applicazioni più sofisticate.
Il team della Northumbria prevede che la tecnologia potrebbe essere pronta sul campo entro 10-20 anni, inizialmente in territori in cui sono già in uso batteri agricoli geneticamente modificati.
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