Большинство сельскохозяйственных культур нуждаются во внесении азотных удобрений. Их производство и транспортировка связаны с большими затратами энергии, а использование чревато загрязнением водоемов.

Исследователи из Массачусетского технологического института предлагают альтернативное решение: они разрабатывают сорта растений, которые смогут самостоятельно обеспечивать себя азотом.  

Некоторые растения, например, бобовые, уже умеют получать азот из атмосферы за счет симбиоза с особыми видами бактерий. Биологи планируют извлечь у симбиотических бактерий гены азотфиксации и заставить их работать в клетках злаков. Это позволило бы избавиться от необходимости вносить в почву азотные удобрения.

Перенос комплекса генов, связанных с фиксацией атмосферного азота, — непростая задача. Первая проблема — его внушительные размеры. Вторая, более серьезная, — разница в экспрессии генов у бактериальных и растительных клеток.

Команде удалось найти обходной путь. Они решили воздействовать на митохондрии и хлоропласты — органоиды бактериального происхождения. Характерные для них генетические механизмы намного лучше подходят для экспрессии комплекса азотфиксирующих генов. Кроме того, эти органоиды способны снабжать энергией нитрогеназу — мультифермент, непосредственно участвующий в фиксации атмосферного азота.

Отработать новую методику решили на клетках дрожжей — одноклеточных организмов, которые, как и растения, относятся к эукариотам. Команда успешно вставила в ядро дрожжей комплекс азотфиксирующих генов и заставила его экспрессироваться внутри митохондрий.

Это позволило впервые синтезировать ключевой белок нитрогеназы в клетках эукариотического организма.

Хотя до создания азотфиксирующих зерновых культур еще далеко, исследование стало важным шагом в этом направлении.

Одного отказа от удобрений, впрочем, недостаточно, чтобы сделать сельское хозяйство по-настоящему экологичным. Альтернативное решение — синтез питательных белков с помощью бактерий непосредственно из воздуха. По мнению некоторых экспертов, в будущем большая часть еды будет производиться именно так.