Các công ty công nghệ sinh học Mỹ hy vọng vi sinh vật biến đổi gien có thể giúp giảm nhu cầu sử dụng phân bón hóa học, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.

Dù rất quan trọng với cây trồng, nhưng sản xuất phân hóa học tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra lượng lớn khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Trong khi đó, ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy việc bổ sung vi sinh vật có lợi vào đất và rễ có thể cung cấp nitơ cần thiết cho cây phát triển tốt, hạn chế nhu cầu sử dụng phân bón hóa học. Nó cũng giúp nhà nông cắt giảm chi phí - một lợi ích đáng kể trong bối cảnh cuộc chiến ở Trung Đông khiến giá năng lượng và phân bón tăng vọt những tháng gần đây. 

Theo các chuyên gia, khí nitơ chiếm gần 80% thể tích không khí, nhưng thực vật không thể sử dụng trực tiếp lượng nitơ “tự do” này. Thay vào đó, chúng dựa vào nitơ cố định, được chuyển hóa thành các hợp chất hoạt tính hơn như amoniac. Trong tự nhiên, vi sinh vật có thể thực hiện quá trình cố định nitơ này. Nhưng thách thức chính là việc tạo ra và giải phóng amoniac khiến vi sinh vật tiêu hao rất nhiều năng lượng, trong khi dồn sức vào quá trình cố định nitơ có thể cản trở sự phát triển của chúng.  

Switch Bioworks, một công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học được thành lập bởi Đại học Stanford chuyên giải quyết các thách thức lớn trong nông nghiệp bền vững, đã tìm cách giúp vi sinh vật phát triển thành các quần thể khỏe mạnh trong đất trước khi chuyển sang chế độ sản xuất nitơ. 

Switch Bioworks tập trung vào công nghệ biến đổi gien. Nó hoạt động bằng cách “bật” các gien giúp kích hoạt quá trình sản sinh và giải phóng amoniac trong tế bào vi sinh vật. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là để vi sinh vật phản ứng với nitơ trong đất: Khi nồng độ nitơ giảm xuống một mức nhất định, chúng bắt đầu sản sinh amoniac. “Việc đưa tất cả các vi sinh vật đó vào cây quá tốn kém và khó khăn, vì vậy bạn phải giúp vi sinh vật tự sinh sôi, thiết lập quần thể”, Tim Schnabel, người sáng lập kiêm CEO của Switch Bioworks, giải thích.

Switch Bioworks hiện đang thử nghiệm sản phẩm của mình tại 6 tiểu bang của Mỹ, cụ thể là cây bắp, loại cây lương thực được trồng nhiều nhất ở nước này, với hơn 36,421 triệu ha năm 2026. Những rẫy bắp được xử lý bằng vi sinh vật biến đổi gien đã được kiểm chứng khỏe mạnh hơn hẳn so với những rẫy không được xử lý. Vụ mùa đầu tiên dự kiến được thu hoạch vào cuối tháng 10. 

Một đơn vị khác là Pivot Bio, công ty công nghệ sinh học hàng đầu thế giới được sáng lập bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cũng đang ứng dụng vi sinh vật “chăm sóc” cây bắp, cây bông vải, lúa mì, lúa miến và lúa mạch. Giám đốc công nghệ Travis Frey cho biết công ty đang tìm cách tạo ra những quần thể vi sinh vật khỏe mạnh và bền bỉ hơn dù là ở môi trường nào.

Giải pháp của Switch Bioworks và Pivot Bio được đánh giá giúp ích đáng kể trong việc làm sạch ngành nông nghiệp. “Các sản phẩm này có rất nhiều tiềm năng trong việc giúp nông dân cắt giảm lượng khí thải. Đây có thể là một giải pháp quan trọng cho một lĩnh vực khá khó để giảm ô nhiễm”, theo Dan Blaustein-Rejto, Giám đốc bộ phận thực phẩm và nông nghiệp tại Viện Breakthrough, chuyên thúc đẩy các giải pháp công nghệ nhằm giải quyết các thách thức về môi trường, biến đổi khí hậu và phát triển con người. Phân bón và hạt giống là hai trong số những khoản chi phí lớn nhất đối với nhà nông, vì vậy, giảm phụ thuộc vào phân hóa học là một trợ giúp lớn cho nông nghiệp. 

Dù vậy, mức độ vi sinh vật thay thế phân hóa học hiện còn hạn chế. Mô hình của Switch Bioworks cho thấy mức thay thế tối đa là khoảng 50%. Pivot thì cho biết sản phẩm của họ có thể thay thế khoảng 25% lượng phân bón đang được sử dụng.

LÊ THƯ (Theo Technology Review)