Les microbes pourraient contribuer à réduire le besoin d'engrais chimiques
Un revêtement protège les bactéries fixatrices d'azote : une start-up va commercialiser des bactéries enrobées pour une utilisation à grande échelle dans l'agriculture régénératrice
La production d'engrais chimiques représente environ 1,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Les chimistes du MIT espèrent contribuer à réduire cette empreinte carbone en remplaçant certains engrais chimiques par une source plus durable : les bactéries.
Les bactéries capables de convertir l'azote gazeux en ammoniac pourraient non seulement fournir les nutriments dont les plantes ont besoin, mais aussi contribuer à la régénération des sols et à la protection des plantes contre les parasites. Toutefois, ces bactéries sont sensibles à la chaleur et à l'humidité, de sorte qu'il est difficile d'en augmenter la production et de les expédier dans les exploitations agricoles.
Pour surmonter cet obstacle, les ingénieurs chimistes du MIT ont mis au point un revêtement métal-organique qui protège les cellules bactériennes des dommages sans entraver leur croissance ou leur fonction. Dans une nouvelle étude, ils ont constaté que ces bactéries enrobées amélioraient le taux de germination d'une variété de graines, y compris des légumes tels que le maïs et le bok choy.
Ce revêtement pourrait permettre aux agriculteurs d'utiliser plus facilement les microbes comme engrais, explique Ariel Furst, Paul M. Cook Career Development Assistant Professor of Chemical Engineering au MIT et auteur principal de l'étude.
"Nous pouvons les protéger du processus de séchage, ce qui nous permettrait de les distribuer beaucoup plus facilement et à moindre coût, puisqu'il s'agit d'une poudre séchée plutôt que d'un liquide", explique-t-elle. "Ils peuvent également résister à la chaleur jusqu'à 132 degrés Fahrenheit, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des chambres froides pour ces microbes.
Benjamin Burke '23 et le post-doctorant Gang Fan sont les auteurs principaux de l'article, qui paraît dans le Journal of the American Chemical Society Au. Pris Wasuwanich, étudiant du MIT, et Evan Moore, étudiant de 23 ans, sont également auteurs de l'étude.
Protéger les microbes
Les engrais chimiques sont fabriqués à l'aide d'un processus énergivore connu sous le nom de Haber-Bosch, qui utilise des pressions extrêmement élevées pour combiner l'azote de l'air avec de l'hydrogène afin de produire de l'ammoniac.
Outre l'empreinte carbone importante de ce processus, un autre inconvénient des engrais chimiques est que leur utilisation à long terme finit par épuiser les nutriments présents dans le sol. Pour aider à restaurer les sols, certains agriculteurs se sont tournés vers l'"agriculture régénératrice", qui utilise diverses stratégies, notamment la rotation des cultures et le compostage, pour maintenir les sols en bonne santé. Les bactéries fixatrices d'azote, qui transforment l'azote gazeux en ammoniac, peuvent contribuer à cette approche.
Certains agriculteurs ont déjà commencé à déployer ces "engrais microbiens", en les cultivant dans de grands fermenteurs sur place avant de les appliquer au sol. Cependant, le coût de cette méthode est prohibitif pour de nombreux agriculteurs.
L'expédition de ces bactéries dans les zones rurales n'est actuellement pas une option viable, car elles sont susceptibles d'être endommagées par la chaleur. Les microbes sont également trop fragiles pour survivre au processus de lyophilisation qui faciliterait leur transport.
Pour protéger les microbes à la fois de la chaleur et de la lyophilisation, Mme Furst a décidé d'appliquer un revêtement appelé réseau métal-phénol (MPN), qu'elle a déjà mis au point pour encapsuler des microbes à d'autres fins, notamment pour protéger les bactéries thérapeutiques administrées dans le tube digestif.
Les revêtements contiennent deux composants - un métal et un composé organique appelé polyphénol - qui peuvent s'auto-assembler pour former une coquille protectrice. Les métaux utilisés pour les revêtements, notamment le fer, le manganèse, l'aluminium et le zinc, sont considérés comme des additifs alimentaires sûrs. Les polyphénols, que l'on trouve souvent dans les plantes, comprennent des molécules telles que les tanins et d'autres antioxydants. La FDA classe nombre de ces polyphénols dans la catégorie GRAS (generally regarded as safe).
"Nous utilisons ces composés naturels de qualité alimentaire dont on sait qu'ils ont des effets bénéfiques en eux-mêmes, et ils forment ensuite ces petites armures qui protègent les microbes", explique Furst.
Pour cette étude, les chercheurs ont créé 12 MPN différents et les ont utilisés pour encapsuler Pseudomonas chlororaphis, une bactérie fixatrice d'azote qui protège également les plantes contre les champignons nuisibles et d'autres parasites. Ils ont constaté que tous les revêtements protégeaient les bactéries contre des températures allant jusqu'à 50 degrés Celsius (122 degrés Fahrenheit), ainsi que contre une humidité relative allant jusqu'à 48 %. Les enrobages ont également maintenu les microbes en vie pendant le processus de lyophilisation.
Un coup de pouce pour les semences
En utilisant des microbes enduits du MPN le plus efficace - une combinaison de manganèse et d'un polyphénol appelé gallate d'épigallocatéchine (EGCG) - les chercheurs ont testé leur capacité à aider les graines à germer dans une boîte de laboratoire. Ils ont chauffé les microbes enrobés à 50 °C avant de les placer dans le plat et les ont comparés à des microbes frais non enrobés et à des microbes lyophilisés non enrobés.
Les chercheurs ont constaté que les microbes enrobés amélioraient le taux de germination des graines de 150 % par rapport aux graines traitées avec des microbes frais non enrobés. Ce résultat s'est vérifié pour plusieurs types de graines, dont l'aneth, le maïs, le radis et le bok choy.
Furst a créé une entreprise appelée Seia Bio pour commercialiser les bactéries enrobées en vue d'une utilisation à grande échelle dans l'agriculture régénératrice. Elle espère que le faible coût du processus de fabrication permettra de rendre les engrais microbiens accessibles aux petits agriculteurs qui ne disposent pas des fermenteurs nécessaires à la culture de ces microbes.
"Lorsque nous pensons au développement d'une technologie, nous devons la concevoir intentionnellement pour qu'elle soit peu coûteuse et accessible, et c'est ce qu'est cette technologie. Elle contribuerait à démocratiser l'agriculture régénératrice", explique-t-elle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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