В современном мире сельское хозяйство сталкивается с серьезными вызовами, связанными с необходимостью увеличения производства продовольствия при одновременном снижении негативного воздействия на окружающую среду. Одним из ключевых факторов, способствующих росту урожайности, является применение азотных удобрений. Однако традиционный процесс Габера-Боша, используемый для производства аммиака – основы азотных удобрений, – крайне энергозатратен и приводит к значительным выбросам парниковых газов, а также загрязнению водных ресурсов.
Компания Pivot Bio, основанная профессором MIT Крисом Войтом, Карстеном Темме и Элвином Тамсиром, предлагает инновационное решение этой проблемы – микробные удобрения. Вместо синтетического азота, компания разработала микроорганизмы, которые поселяются на корнях растений и обеспечивают их азотом, питаясь сахарами, выделяемыми корнями. Колонии микробов Pivot растут вместе с растением и производят азот именно тогда, когда он необходим, сводя к минимуму вымывание азота в окружающую среду. Карстен Темме, главный инновационный директор Pivot, отмечает, что традиционные удобрения – неэффективный способ доставки питательных веществ растениям, в то время как микробы позволяют фермерам работать более эффективно и продуктивно.
Продукты Pivot позволяют заменить до 40 фунтов традиционного азота на акр, что составляет около четверти общего количества азота, необходимого для таких культур, как кукуруза. Они уже используются на миллионах акров сельскохозяйственных угодий в США для выращивания кукурузы, пшеницы, ячменя, овса и других зерновых культур, сокращая выбросы CO2 на сотни тысяч тонн.
Интересно, что история Pivot Bio началась с периода трудностей в карьере Криса Войта. В начале своей карьеры в Калифорнийском университете в Сан-Франциско он столкнулся с проблемами в создании лаборатории и получении финансирования. В 2008 году он присоединился к исследовательской группе из Калифорнийского университета в Беркли, работавшей над грантом по фотоэлектрическим материалам. Его предложение по перестройке генетики фотосинтетических систем для повышения их эффективности было подвергнуто резкой критике. Однако, декан Школы наук Пол Ладден увидел потенциал в идее Войта и предложил применить ее к фиксации азота, направив к нему постдока из своей лаборатории. Совместная работа Войта, Темме и постдока Дехуа Чжао привела к публикации статьи в 2011 году, которая получила признание в научном сообществе.
Темме отмечает, что фиксация азота была «святым Граалем» для ученых, агрономов и фермеров на протяжении почти столетия, и Pivot Bio стала первой компанией, сделавшей эту технологию доступной для зерновых культур. После переезда в MIT в 2010 году, Войт основал Pivot Bio вместе с Темме и Тамсиром. С тех пор Войт продолжает сотрудничать с компанией, работая над увеличением производства азота, повышением стабильности штаммов и их адаптацией к различным сигналам растений. Pivot Bio лицензировала технологии MIT, а исследования также получили поддержку Лаборатории водных и продовольственных систем Абдул Латиф Джамиля (J-WAFS) MIT.
Для получения разрешения на использование в США, Pivot Bio сосредоточилась на использовании ДНК из того же организма, а не на внедрении совершенно новой ДНК, что упростило процесс. Компания также сотрудничала с независимыми дилерами семян кукурузы, чтобы вывести свой продукт на фермы. Первые применения продукта состоялись в 2019 году. Фермеры вносят продукт Pivot при посадке в виде жидкости, распыляемой на почву, или в виде сухого порошка, который регидратируется и наносится на семена в качестве покрытия. Микробы живут на поверхности растущей корневой системы, питаясь сахарами растений и выделяя азот на протяжении всего жизненного цикла растения. Темме объясняет, что микробы колонизируют лишь небольшую часть сахаров, предоставляемых растением, и делятся аммиаком с растением, и это только часть того, что технически возможно. Команда Pivot постоянно работает над тем, чтобы сделать микробы более эффективными в получении энергии, необходимой для роста, а также в фиксации азота и передаче его урожаю.
В 2023 году Pivot запустила программу N-Ovator, которая связывает компании с фермерами, практикующими устойчивое земледелие с использованием микробного азота Pivot. Компании покупают азотные кредиты, а фермеры могут получать оплату, подтверждая свою практику. Программа была названа журналом Time одним из изобретений года и уже выплатила фермерам миллионы долларов.
В настоящее время Pivot Bio продает свою продукцию фермерам в США и сотрудничает с мелкими фермерами в Кении. Компания также надеется получить разрешение на использование своего микробного решения в Бразилии и Канаде. Темме подчеркивает, что миссия Pivot – сделать экономику выгодной для всех: фермеров, партнеров и компании, поскольку эта технология действительно может стать дефляционной и заменить дорогостоящий традиционный способ производства удобрений. Команда Pivot также расширяет применение продукта на хлопок, и Темме утверждает, что микробы могут быть источником азота для любого типа растений на планете. В будущем компания планирует помогать фермерам и с другими питательными веществами, необходимыми для роста их культур. Темме задается вопросом, как Pivot может помочь фермерам преодолеть все остальные ограничения, связанные с питательными веществами, чтобы максимизировать урожайность, и считает, что это может изменить подход фермеров к управлению всем акром с точки зрения цены, производительности и устойчивости.