A produtividade alimentar depende da disponibilidade de fertilizantes, diz o bioquímico Lance Seefeldt, da Universidade Estadual de Utah. "Precisamos de nitrogênio para sobreviver, mas não podemos absorvê-lo do ar", diz Seefeldt, professor e chefe do Departamento de Química e Bioquímica da USU.

"Obtemos nitrogênio da proteína em nossos alimentos."

Pouco mais de um século atrás, o processo Haber-Bosch revolucionou a forma como o nitrogênio atmosférico poderia ser convertido em uma forma que permitisse a produção de fertilizantes em escala industrial .

A descoberta levou a um enorme aumento na produção global de alimentos e a um enorme boom populacional. Ainda assim, certas áreas do globo, incluindo a África Subsaariana, não têm infraestrutura para permitir importação e distribuição de fertilizantes, muito menos capacidade para produzir o produto essencial em nutrientes perto de casa.

Desde 2019, Seefeldt e o cientista sênior da USU Zhi-Yong Yang colaboram em um projeto com colegas na Espanha e nos Estados Unidos para reprojetar a biologia de cereais, como milho e arroz, para obter fixação de nitrogênio por conta própria, a partir da luz solar, sem aplicar fertilizantes.

Com o autor principal Luis Rubio e Lucía Payá Tormo, Carlos Echavarri-Erasun, Natalia Makarovsky-Saavedra e Ana Pérez-González do Centro de Biotecnologia Vegetal e Genômica da Universidade Politécnica de Madri (UPM), juntamente com Yisong Guo da Universidade Carnegie Mellon, Seefeldt e Yang relatam um caminho mais simples, envolvendo um mínimo recém-conhecido de sete genes que permitem que a célula vegetal produza a enzima que pode converter gás N2 do ar em fertilizante.

Suas descobertas aparecem na edição de 6 de novembro de 2024 da revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

"O objetivo é colocar genes nas mitocôndrias e cloroplastos das plantações, permitindo que elas gerem energia suficiente para impulsionar a fixação de nitrogênio", diz Yang. "Esta é uma evidência muito legal. Essencialmente, essas plantações calóricas básicas — arroz, milho, batatas — poderiam ter fertilizante embutido."

A equipe inicialmente reduziu o número de genes necessários para fixar nitrogênio para nove, e identificou combinações de genes que eles achavam essenciais para completar o processo. Para sua surpresa, eles descobriram que genes que eles designaram como intermediários críticos poderiam ser omitidos.

A possibilidade de livrar as plantações de cereais da necessidade de fertilizantes adicionais é significativa, diz Seefeldt.

Além disso, os genes mínimos recém-descobertos podem ajudar a aliviar a fome em partes menos desenvolvidas e menos acessíveis do mundo, bem como em áreas cada vez mais afetadas pela seca causada pelo clima.

O conhecimento também avança a pesquisa focada na produção de alimentos além da Terra. Seefeldt e o colega da USU Bruce Bugbee colaboraram em esforços investigando como sustentar a vida humana em missões espaciais de longa duração, incluindo viagens a Marte.

"Peça por peça, estamos aprendendo quais genes e qual combinação de genes são necessários para atingir a fixação de nitrogênio em diferentes células", diz Seefeldt. "Em vez de apenas uma trompa tocando, estamos tentando fazer com que toda a orquestra toque junto."