El producto de nitrógeno desarrollado por la empresa, cofundada por el profesor Chris Voigt, se está utilizando en millones de acres de tierras agrícolas estadounidenses.
El proceso Haber-Bosch, que convierte el nitrógeno atmosférico en amoniaco como fertilizante, revolucionó la agricultura y ayudó a alimentar a la creciente población mundial, pero también creó enormes problemas ambientales. Es uno de los procesos químicos que consume más energía del mundo, responsable del 1 al 2 por ciento del consumo energético global. También libera óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero que daña la capa de ozono. El exceso de nitrógeno también se escurre rutinariamente de las granjas a los cursos de agua, dañando la vida marina y contaminando las aguas subterráneas.
En lugar de fertilizantes sintéticos, Pivot Bio ha diseñado microbios productores de nitrógeno para que la agricultura sea más sostenible. La empresa, cofundada por el profesor Chris Voigt, Karsten Temme y Alvin Tamsir, ha diseñado sus microbios para que crezcan en las raíces de las plantas, donde se alimentan de los azúcares de las raíces y, a cambio, entregan nitrógeno de forma precisa.
Las colonias microbianas de Pivot crecen con la planta y producen más nitrógeno exactamente en el momento en que la planta lo necesita, minimizando la escorrentía de nitrógeno.
“La forma en que históricamente hemos suministrado nutrientes para apoyar el crecimiento de las plantas ha sido mediante fertilizantes, pero esa es una forma ineficiente de obtener todos los nutrientes que se necesitan”, afirma Temme, director de innovación de Pivot. “Ahora tenemos la capacidad de ayudar a los agricultores a ser más eficientes y productivos con los microbios”.
Los agricultores pueden reemplazar hasta 40 libras por acre de nitrógeno tradicional con el producto de Pivot, lo que equivale aproximadamente a una cuarta parte del nitrógeno total necesario para un cultivo como el maíz.
Los productos de Pivot ya se utilizan para cultivar maíz, trigo, cebada, avena y otros cereales en millones de acres de tierras agrícolas estadounidenses, eliminando cientos de miles de toneladas de CO2 equivalente en el proceso. El impacto de la empresa es aún más sorprendente dados sus orígenes improbables, que se remontan a uno de los momentos más difíciles de la carrera de Voigt.
Un giro desde la desesperación
El comienzo de la carrera de cualquier miembro de la facultad puede ser un momento de agotamiento o fracaso, y según el propio Voigt, él se estaba ahogando. Como profesor adjunto recién nombrado en la Universidad de California en San Francisco, Voigt luchaba por mantener su laboratorio, atraer financiación y poner en marcha experimentos.
En 2008, Voigt se unió a un grupo de investigación de la Universidad de California en Berkeley que estaba redactando una propuesta de subvención centrada en los materiales fotovoltaicos. Su función inicial era menor, pero un investigador de alto nivel se retiró del grupo una semana antes de que se presentara la propuesta, por lo que Voigt asumió el mando.
“Dije: ‘Terminaré esta sección en una semana’”, recuerda Voigt. “Era mi gran oportunidad”.
En su propuesta, Voigt detalló un ambicioso plan para reorganizar la genética de los sistemas fotosintéticos biológicos a fin de hacerlos más eficientes. Lo presentó a tiempo.
Pasaron algunos meses y finalmente llegaron las respuestas a las revisiones de las propuestas. Voigt se apresuró a acudir a la reunión con algunos de los investigadores más importantes de la Universidad de California en Berkeley para analizar las respuestas.
“Mi parte de la propuesta fue completamente criticada”, dice Voigt. “Hubo alrededor de 15 revisiones sobre ella (más largas que la subvención en sí) y una tras otra, criticando mi propuesta. Todas las personas más famosas estaban en esta reunión, futuros secretarios de energía, futuros líderes de la universidad, y fue totalmente vergonzoso. Después de esa reunión, estaba considerando dejar la academia”.
Unos meses después, Voigt recibió una llamada de Paul Ludden, decano de la Facultad de Ciencias de la Universidad de California en Berkeley, que quería hablar con él.
“Cuando entré en la oficina de Paul, él estaba leyendo mi propuesta”, recuerda Voigt. “Me hizo sentar y me dijo: ‘Todo el mundo me dice lo terrible que es esto’. Yo pensaba: ‘Dios mío’. Pero entonces él dijo: ‘Creo que hay algo aquí. Tu idea es buena, solo elegiste el sistema equivocado’”.
Ludden le explicó a Voigt que debía aplicar su idea del intercambio de genes a la fijación de nitrógeno. Incluso se ofreció a enviarle a Voigt un investigador posdoctoral de su laboratorio, Dehua Zhao, para que lo ayudara. Voigt emparejó a Zhao con Temme y, efectivamente, el artículo resultante de su trabajo en 2011 fue bien recibido por la comunidad de fijación de nitrógeno.
“La fijación del nitrógeno ha sido un santo grial para los científicos, agrónomos y agricultores durante casi un siglo, desde que alguien descubrió el primer microbio que puede fijar el nitrógeno para legumbres como la soja”, afirma Temme. “Todo el mundo siempre decía que algún día seríamos capaces de hacer esto con los cultivos de cereales. Lo emocionante con Pivot fue que era la primera vez que la tecnología se volvía accesible”.
Voigt se había trasladado al MIT en 2010. Cuando se publicó el artículo, fundó Pivot Bio con Temme y otro investigador de Berkeley, Alvin Tamsir. Desde entonces, Voigt, que es profesor de Daniel IC Wang en el MIT y director del Departamento de Ingeniería Biológica, ha seguido colaborando con Pivot en cuestiones como aumentar la producción de nitrógeno, hacer que las cepas sean más estables y hacerlas inducibles a diferentes señales de la planta. Pivot ha obtenido la licencia de tecnología del MIT, y la investigación también ha recibido el apoyo del Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel (J-WAFS) del MIT.
Los primeros objetivos de Pivot fueron obtener la aprobación regulatoria y demostrar su valía en el mercado. Para obtener la aprobación en los EE. UU., el equipo de Pivot se centró en utilizar ADN del mismo organismo en lugar de incorporar ADN totalmente nuevo, lo que simplificó el proceso de aprobación. También se asoció con distribuidores independientes de semillas de maíz para llevar su producto a las granjas. Las primeras implementaciones se produjeron en 2019.
Los agricultores aplican el producto de Pivot al plantar, ya sea como líquido que se rocía sobre el suelo o como polvo seco que se rehidrata y se aplica a las semillas como recubrimiento. Los microbios viven en la superficie del sistema de raíces en crecimiento, se alimentan de los azúcares de las plantas y liberan nitrógeno durante todo el ciclo de vida de la planta.
“Hoy en día, nuestros microbios colonizan solo una fracción de los azúcares totales que proporciona la planta”, explica Temme. “También comparten amoníaco con la planta, y todas esas cosas son solo una parte de lo que es técnicamente posible. Nuestro equipo siempre está tratando de descubrir cómo hacer que esos microbios sean más eficientes a la hora de obtener la energía que necesitan para crecer o de fijar el nitrógeno y compartirlo con el cultivo”.
En 2023, Pivot puso en marcha el programa N-Ovator para conectar a las empresas con los agricultores que practican la agricultura sostenible utilizando el nitrógeno microbiano de Pivot. A través del programa, las empresas compran créditos de nitrógeno y los agricultores pueden recibir un pago por verificar sus prácticas. El programa fue nombrado uno de los inventos del año por la revista Time el año pasado y hasta la fecha ha pagado millones de dólares a los agricultores.
Nitrógeno microbiano y más allá
Actualmente, Pivot vende a agricultores de todo Estados Unidos y trabaja con pequeños agricultores de Kenia. También espera obtener la aprobación para su solución microbiana en Brasil y Canadá, que espera que sean sus próximos mercados.
«¿Cómo podemos lograr que la economía tenga sentido para todos: los agricultores, nuestros socios y la empresa?», dice Temme sobre la misión de Pivot. «Porque esta puede ser una tecnología verdaderamente deflacionaria que cambie radicalmente la costosa forma tradicional de producir fertilizantes».
El equipo de Pivot también está ampliando el producto al algodón, y Temme afirma que los microbios pueden ser una fuente de nitrógeno para cualquier tipo de planta del planeta. En el futuro, la empresa cree que puede ayudar a los agricultores con otros nutrientes esenciales para que sus cultivos crezcan.
“Ahora que hemos establecido nuestra tecnología, ¿cómo puede Pivot ayudar a los agricultores a superar todas las demás limitaciones que enfrentan con los nutrientes de los cultivos para maximizar los rendimientos?”, pregunta Temme. “Eso realmente comienza a cambiar la forma en que un agricultor piensa sobre la gestión de todo el acre desde una perspectiva de precio, productividad y sostenibilidad”. MIT News. Z. W. Traducido al español
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