Vi pratade med BioConsortia, ett jordbruksbioteknikföretag med huvudkontor i Davis, Kalifornien, som använder ett nyligen patenterat sätt att identifiera den specifika kombinationen av växtmikrober för att hjälpa till att förbättra skörden i majs, vete, och sojabönor. Det står att 2017, det kommer att kunna kommersialisera sina första fröbehandlingar som innehåller mikrobkombinationen som skulle göra det möjligt för en växt att använda mindre gödningsmedel men ändå få jämförbar avkastning.
Tekniken verkar vara vad en växtförädlare kan göra om han samarbetar med en mikrobiolog om hastighet.
En skeptiker påpekar att det kan vara svårt att odla och massproducera en sådan grupp av mikrober i labbet, så det är inte en färdig affär. Andra företag – som Novozymes och Monsanto – arbetar också med mikrober. Om allt löser sig, det skulle kunna förändra jordbruket som vi känner det genom att ge bönderna ett naturligt alternativ till genetiskt modifierad majs, soja, och vete.
Processen, kallad Advanced Microbial Selection (AMS), inspirerat Khosla Ventures att investera miljoner i två omgångar av BioConsortias FoU-finansiering under de senaste fyra åren. AMS spanar ut varje grödas "drömlag" på fem till sju mikrober, eller mikroskopiska organismer, som samverkar för att öka en växts tillväxt. (Dessa mikrober lever både i växten och i jorden.)
Tekniken verkar vara vad en växtförädlare kan göra om han samarbetar med en mikrobiolog om hastighet.
"Det vänder den traditionella modellen – där mikrobiologer testar mikrober en efter en – på huvudet, ” säger BioConsortias VD Marcus Meadows-Smith. En seriell biotech-chef med en bakgrund inom affärer och genetik, Meadows-Smith gick med i BioConsortia efter en period som chef för Bayers division för biologisk växtskydd.
Så här fungerar processen (som precis patenterades förra månaden) enligt Meadows-Smith:Först, forskare letar efter de bäst presterande växterna som lever i en mängd olika jordmiljöer runt om i världen, inklusive de som är stressade av torka, öken, kall, och våta förhållanden. Sedan genomför de DNA-sekvensering av växterna och jordarna för att avgöra vilka typer av mikrober som finns.
Nästa, tillbaka i Bioconsortias tillväxtkammare i Kalifornien, de rotar dessa växter i deras ursprungliga jordar, sedan in i normala och stressade jordar. Efter att ha observerat vilka växter som trivs och vilka som mår dåligt, de genomför ytterligare en DNA-sekvenseringsrunda i växterna och de omgivande jordarna. Syftet är att identifiera alla mikrober som hänger runt. Vissa hjälper till att påskynda tillväxten genom att göra näringsämnen mer tillgängliga, medan andra kan försvara sig mot patogener som kan finnas. (Tänk på att gruppen är där för att hjälpa och skydda – som ett kändisfölje av personliga assistenter och livvakter.)
Genom att titta närmare på det följet av mikrober (tillsammans känd som växtens mikrobiom), och jämföra vilka specifika mikrober som finns i växterna som mår bra med de som har det sämst, BioConsortia säger att det kan spika fast varje grödas "drömlag" för varje markmiljö som testas.
"Vi letar efter den unika kombinationen för att hålla växterna friska - även med förmågan att återhämta sig från torka och avvärja effekterna av en patogen, ” sa Meadows-Smith. "De nyttiga mikroberna har inte dokumenterats under åren, jämfört med patogenerna."
Hittills, företaget har utfört experiment på majs, sojabönor, och vete. Det är på sitt andra år av oberoende/tredje parts fältförsök som testar fröbehandlingarna (som omfattar de mikrobiella "drömteamen") som den har tillverkat för dessa grödor.
Men även om Meadows-Smith säger att det första året av fältförsök visar att dess tillvägagångssätt ökar skörden med 6 procent (jämfört med ett genomsnitt på <2 procents skördeökning för en genetiskt modifierad eller hybridmetod) och en tvåsiffrig ökning i stressade grödor, han avböjde att visa resultat eller ge mer information till Modern bonde , med hänvisning till sekretessavtal.
Meadows-Smith säger att de förbättrade sorterna inkluderar majs som ger högre avkastning, använda konstgödsel mer effektivt, och är mer torktoleranta, samt vete och soja som producerar mer. Under de kommande månaderna, BioConsortia kommer att starta fälttester för tomater och bladgrönsaker.
"Att använda mikroorganismer är definitivt framtidens väg eftersom det är mer miljömässigt hållbart [jämfört med att använda kemikalier], säger Kari Dunfield, en professor i markekologi vid Ontario's University of Guelph, som studerar hur jordbruksmetoder påverkar mikrobiella samhällen i jordar. "Tillvägagångssättet är vettigt, eftersom vi vet att mikroorganismer interagerar med varandra och är synergistiska."
Men experten uttrycker vissa reservationer mot BioConsortias process. "Vi vet att det fortfarande är väldigt svårt att odla dessa organismer i labbet, så det steget blir knepigt, säger Dunfield. "Det är en sak att veta vilka organismer som finns med DNA, men när du har DNA har du inte tillräckligt för att odla organismen, så det är den hastighetsbegränsande mekanismen."
Hon påpekar också att eftersom mikrober är levande organismer, de är oförutsägbara – vilket ger en mer komplex aspekt till produktionen jämfört med att arbeta med kemikalier. "När du säljer en blandning [av mikrober], du måste se till att de inte konkurrerar ut varandra när du säljer den till bonden.”
Om några år, Meadows-Smith vill använda avancerad mikrobiell urvalsmetod för att ta itu med livsmedelssäkerhet för en växande världsbefolkning.
Men Meadows-Smith insisterar på att BioConsortias tillvägagångssätt kan spara miljontals dollar. Han säger att det krävs 25 miljoner dollar för att få ut en mikrobiell fröbehandling på marknaden, 60 miljoner dollar för att göra detsamma för en biopesticid (på grund av den globala registreringsprocessen), och 135 miljoner dollar för genetiskt modifierade egenskaper (enligt Peter W.B. Phillips, professor i offentlig politik vid University of Saskatchewan).
Avancerat mikrobiellt urval kan också påskynda forskningsfasen, Meadows-Smith hävdar, så att produkter kan komma ut på marknaden om cirka fem år, jämfört med DuPonts uppskattning av de 13 år det tar genetiskt modifierade grödor att komma ut på marknaden.
"Det finns en lång FoU-fas [för GM-grödor], följt av fältförsök, fältmultiplikation, och registrering, " han sa.
Meadows-Smith säger att forskare först kom på idén för fem år sedan på BioDiscovery (BioConsortias dotterbolag i Nya Zeeland) när de genomförde kontraktsforskning för företag som Syngenta, Monsanto, och Bayer. "De hade brainstormingsessioner för att hitta sätt att förbättra hastigheten och effektiviteten i deras upptäcktsprocess, ” sa Meadows-Smith. "Det var för detta ändamål som de fick genombrottet att tänka på detta som en växtfenotyp (eller växtförädlingsfråga) och lösning snarare än en mikrobiell fråga."
Han citerar mer dramatiska siffror:Företaget visar 100, 000 mikrober på nio månader, han säger, medan en konventionell strategi skulle ta tre till fyra år.
BioConsortia vill sälja de mikrobiella fröbehandlingarna (som appliceras direkt på fröet) till distributörer. Om allt går bra med det andra året av fältförsök, Meadows-Smith säger att en fröbehandling av biogödselmedel – en som skulle behöva mindre gödsel för jämförbara skördar – kommer att kommersialiseras 2017.
Men han tror inte att tillvägagångssättet nödvändigtvis kommer att ersätta andra metoder - som genetisk modifiering - över hela linjen.
För närvarande, bolaget fokuserar på den europeiska och nordamerikanska marknaden. Nästa, Meadows-Smith säger att han vill utöka BioConsortias ansträngningar till Latinamerika, Brasilien och Argentina.
Och om några år, han vill använda avancerad mikrobiell urvalsmetod för att ta itu med livsmedelssäkerhet för en växande världsbefolkning – något som förväntas bli ett problem under de kommande decennierna med tanke på påfrestningar på miljön inklusive torka, brist på åkermark för att odla tillräckliga mängder mat, miljöförorening, och klimatförändringar.
Meadows-Smith säger att BioConsortias tillvägagångssätt kan utveckla grödor som kan skapa mer skördbar avkastning, lägga mer protein i vete, eller välj en mikrobiom som kommer att förbättra sockerhalten i växter.
"Om några år skulle vi vilja arbeta med att [tillämpa detta på] kassava, en baskolhydrat för många delar av Afrika, " han sa.
