El fertilizante es crucial para el suministro global de alimentos, pero su fabricación consume mucha energía y produce una gran cantidad de emisiones. Algunas empresas esperan que los microbios puedan ayudar.
Un creciente número de investigaciones demuestra que la inoculación del suelo alrededor de las raíces de un cultivo con microbios beneficiosos puede ayudar a alimentar la planta, proporcionando nitrógeno crucial para su crecimiento. Esto podría ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos, cuya producción representa aproximadamente el 2% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. También podría reducir los costes para los agricultores, un gran beneficio —especialmente dado que la guerra de Irán ha disparado los precios de la energía y los fertilizantes en los últimos meses.
Los humanos han utilizado fertilizantes biológicos como el estiércol durante miles de años, y las empresas llevan mucho tiempo desarrollando fertilizantes microbianos, incluidos algunos que dependen de la ingeniería genética. Pero es difícil diseñar microbios que puedan proporcionar nitrógeno de forma fiable para los cultivos al mismo tiempo que prosperan ellos mismos.
Una startup llamada Switch Bioworks está adoptando un nuevo enfoque que, en esencia, permite a los microbios establecerse y crecer hasta formar colonias sanas antes de pasar a un modo de producción de nitrógeno. «Tenemos que reinventar el fertilizante», dice Tim Schnabel, fundador y CEO de la compañía.
El aire es casi un 80% nitrógeno, pero las plantas no pueden utilizar ese nitrógeno «libre» directamente porque no reacciona fácilmente con otros elementos. En cambio, dependen del llamado nitrógeno fijado, que ha sido convertido en compuestos más reactivos como el amoníaco. En la naturaleza, los microbios pueden realizar esta fijación de nitrógeno. Algunas plantas, como las leguminosas, incluso tienen relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno, alojándolas en nódulos en sus raíces. El fertilizante sintético es esencialmente la fijación industrial de nitrógeno a través del proceso Haber-Bosch, que utiliza gas natural para producir amoníaco que se aplica a los campos.
Los fertilizantes biológicos buscan reemplazar parte del fertilizante sintético con microbios que pueden ayudar a fijar el nitrógeno para las plantas. Pero un desafío con el que se han encontrado las empresas de fertilizantes microbianos es que es energéticamente costoso para los microbios producir y liberar amoníaco. Poner toda su energía en la fijación de nitrógeno puede obstaculizar su crecimiento.
Hay cierto nivel de colonización que se desea observar alrededor de las raíces, explica Schnabel. Es demasiado costoso y logísticamente complejo aplicar todos esos microbios a la planta, por lo que es necesario depender de un número menor de microbios para que crezcan y se dividan, estableciendo así la población.
Switch Bioworks apuesta a que un interruptor genético es la clave. Un interruptor genético es una sección o secciones de ADN que controla cómo se activan y desactivan los genes. En este caso, funciona activando genes que ayudan a desencadenar la producción y liberación de amoníaco de la célula. La empresa está trabajando en varias opciones para desencadenar este cambio en sus microbios. La principal es que los microbios reaccionen al nivel de nitrógeno en el suelo: una vez que desciende a un nivel determinado, comienzan a producir amoníaco.
“Existe esta realidad biológica inherente, donde resulta realmente costoso para los microbios fijar nitrógeno”, afirma Dan Blaustein-Rejto, director de alimentación y agricultura del Breakthrough Institute. Requiere mucha energía, y si fijan el nitrógeno, quieren usarlo para sí mismos, para construir proteínas y sobrevivir, añade. La adición de interruptores genéticos podría ayudar a los microbios a crecer y prosperar y, posteriormente, contribuir a fertilizar los cultivos.
Switch está probando actualmente su producto en seis estados de EE. UU., aunque le faltan entre dos y tres años para un producto comercial, dice Schnabel. Inicialmente se ha centrado en el maíz, el cultivo más sembrado en EE. UU., con más de 90 millones de acres en 2026.
«Es demasiado pronto para saber con exactitud lo bien que funciona esto en el campo», dice Schnabel. La empresa tiene previsto cosechar las plantas a finales de octubre o principios de noviembre, aunque a fecha de agosto, algunas plantas de maíz tratadas con los microbios de Switch ya parecían visiblemente más sanas que las que no lo estaban. Y la empresa sigue desarrollando los productos que finalmente llegarán al mercado, dice.
Los productos de Switch podrían contribuir significativamente a sanear la agricultura. “Existe un gran potencial para que estas empresas y productos ayuden a los agricultores a reducir las emisiones”, afirma Blaustein-Rejto. “Esta podría ser una solución de gran relevancia para un sector bastante difícil de descarbonizar.”
Aunque los resultados de laboratorio han sido prometedores, los ensayos de campo son un paso crucial para probar un producto, dice Blaustein-Rejto: «Este es uno de los últimos pasos antes de que puedan salir al mercado y hacer afirmaciones sólidas a los agricultores». Los ensayos independientes también son importantes, añade, ya que puede haber una gran diferencia entre los datos reportados por una empresa y lo que encuentran los investigadores independientes.
Pivot Bio es otra empresa que trabaja para llevar microbios a los campos. Desde su fundación en 2011, sus productos se han utilizado en millones de hectáreas de cultivos. La empresa produce ahora una gama de productos: algunas versiones pueden añadirse al plantar las semillas, mientras que otras se aplican a las semillas antes incluso de llegar a una explotación agrícola. La empresa también se ha expandido recientemente más allá del maíz para fabricar fertilizantes microbianos para algodón, trigo y cereales menores, incluyendo sorgo y cebada.
El reto inicial de Pivot fue conseguir que los microbios produjeran nitrógeno, tanto si lo detectaban en el suelo como si no. Ahora la empresa trabaja para descubrir cómo crear colonias más aptas y robustas, sin importar el entorno, afirma Travis Frey, director de tecnología de la empresa.
“Los agricultores están experimentando ahora mismo un doble golpe desde el punto de vista de la economía agraria”, afirma. Los costes de los fertilizantes están aumentando y el precio de los productos agrícolas básicos como el maíz ha caído. Esa es una gran oportunidad para Pivot y otros en la industria, señala Frey: “Esta próxima década es cuando los productos biológicos en la agricultura se van a generalizar”.
Los fertilizantes y las semillas son dos de los mayores costes para muchos agricultores, por lo que reducir la dependencia de los fertilizantes sintéticos podría ser una gran ayuda para la agricultura, afirma John Havlin, profesor del departamento de ciencias de cultivos y suelos en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
«Estoy muy ilusionado con el futuro del uso de estos productos», señala Havlin. «Acabarán desempeñando un papel para reducir la carga de nitrógeno que se aplica».
Sin embargo, existe un tope en la cantidad de fertilizante que podemos esperar que los microbios reemplacen. La modelización de Switch sugiere que alrededor del 50% es probablemente el máximo, aunque el producto inicial probablemente podrá reemplazar aproximadamente el 25% del fertilizante sintético de una explotación agrícola, según la empresa. Pivot ha declarado que sus productos pueden reemplazar aproximadamente una cuarta parte del fertilizante utilizado actualmente.
Esto significa que el fertilizante sintético seguirá existiendo durante mucho tiempo. «No existe una visión clara y plausible para sustituirlo por completo en un futuro previsible», afirma Blaustein-Rejto. «Por lo tanto, otras formas de reducir las emisiones y otros tipos de contaminación nitrogenada procedentes de las explotaciones agrícolas siguen siendo absolutamente fundamentales.»