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In einer kürzlich im Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Studie stellten Chemieingenieure des MIT eine revolutionäre metallorganische Beschichtung vor, die stickstofffixierende Bakterien abschirmen soll und sich damit den Herausforderungen bei der Ausweitung ihrer Produktion und des Transports zu landwirtschaftlichen Betrieben stellt. Chemische Düngemittel, die zu 1.5 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen beitragen, könnten in Bakteriendüngern eine nachhaltige Alternative sehen.
Die innovative Beschichtung, bekannt als Metall-Phenol-Netzwerk (MPN), bewahrt die Integrität der Bakterienzellen und ermöglicht so verbesserte Keimungsraten in verschiedenen Samen, einschließlich Mais und Pak Choi. Diese beschichteten Bakterien halten Hitze bis zu 132 Grad Fahrenheit stand und machen eine Kühllagerung während des Transports überflüssig. Die von Ariel Furst geleitete Studie unterstreicht das Potenzial für eine flächendeckende Verbreitung und Kosteneffizienz, wodurch mikrobielle Düngemittel für Landwirte leichter zugänglich werden.
Herkömmliche Haber-Bosch-Methoden zur Herstellung chemischer Düngemittel sind nicht nur kohlenstoffintensiv, sondern verbrauchen im Laufe der Zeit auch Bodennährstoffe. Im Gegensatz dazu zielt die regenerative Landwirtschaft unter Einbeziehung stickstofffixierender Bakterien darauf ab, die Bodengesundheit nachhaltig wiederherzustellen. Während einige Landwirte auf mikrobielle Düngemittel umgestiegen sind, ist die Fermentation vor Ort für viele nach wie vor unerschwinglich.
Der Transport lebender Bakterien in ländliche Gebiete ist aufgrund der Hitzeanfälligkeit und der empfindlichen Strukturen mit Herausforderungen verbunden. Die Lösung von Furst besteht in der Anwendung der MPN-Beschichtung, einem Metall-Phenol-Netzwerk, das Bakterien sowohl vor Hitze als auch vor Schäden durch Gefriertrocknung schützt. Die von der FDA zugelassenen Komponenten, darunter Eisen, Mangan, Aluminium und Zink, sorgen für Sicherheit und Umweltfreundlichkeit.
Die Forscher testeten 12 verschiedene MPNs, die Pseudomonas chlororaphis, ein stickstofffixierendes Bakterium, einkapselten. Alle Beschichtungen schützten die Bakterien wirksam vor hohen Temperaturen und Feuchtigkeit, was für ihre Lebensfähigkeit während des Transports von entscheidender Bedeutung ist. Experimente zur Samenkeimung ergaben, dass das effizienteste MPN, eine Kombination aus Mangan und Epigallocatechingallat (EGCG), die Keimraten im Vergleich zu unbehandelten Samen um 150 Prozent verbesserte.
Ariel Furst, der leitende Forscher, hat Seia Bio gegründet, um diese Technologie für die regenerative Landwirtschaft im großen Maßstab zu kommerzialisieren. Es wird erwartet, dass die Kosteneffizienz des Herstellungsprozesses Kleinbauern zugute kommt, die nicht über die Infrastruktur für die Fermentation vor Ort verfügen, und den Zugang zu nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken demokratisieren.
Die bahnbrechende metallorganische Beschichtung des MIT stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigen Landwirtschaft dar und verspricht eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen und eine verbesserte Bodengesundheit. Der Durchbruch könnte die Art und Weise, wie Landwirte Düngemittel einsetzen, verändern und die regenerative Landwirtschaft für alle zugänglicher und kostengünstiger machen.