In einer Studie des Institute for Sustainable Food der University of Sheffield, die in einer führenden Wissenschaftszeitschrift veröffentlicht wurde, wurde ein Enzym identifiziert, das helfen kann, Phosphor aus seinen organischen Formen freizusetzen PNAS.
Das Enzym hat das Potenzial, den Verbrauch von chemischen Phosphatdüngern zu reduzieren, auf die globale Lebensmittelproduktionssysteme angewiesen sind, die jedoch durch den Abbau nicht erneuerbarer und zunehmend teurerer anorganischer Rohphosphatquellen hergestellt werden.
Alle Organismen auf der Erde, Pflanzen und Tiere, benötigen Phosphor für ein gesundes Wachstum und eine gesunde Entwicklung, aber die fortgesetzte Verwendung der begrenzten Bestände an nicht erneuerbaren chemischen Phosphordüngemitteln in der Landwirtschaft bedroht die Ernteerträge und die Nachhaltigkeit unserer globalen Lebensmittelproduktionssysteme. Die Landwirtschaft ist der größte Verbraucher von nicht erneuerbarem Phosphor, daher hat seine begrenzte Versorgung wichtige Auswirkungen auf die globale Ernährungssicherheit, Biodiversität und Klimaregulierung.
Die einfachste Form von Phosphor, die in Düngemitteln verwendet wird, ist nicht erneuerbares anorganisches Phosphat, da leider die Verfügbarkeit von organischen Phosphatnährstoffen in der Umwelt oft gering genug ist, um das natürliche Pflanzen- und Algenwachstum zu begrenzen.
Im Meer und im Boden liegt der größte Teil des gesamten Phosphors in komplexen organischen Formen vor, was Enzyme, allgemein bekannt als Phosphatasen, erfordert, um das Phosphat freizusetzen, damit Pflanzen und Algen es als Nährstoff verwenden können.
Forscher des Instituts für nachhaltige Ernährung der Universität haben eine einzigartige bakterielle Phosphatase namens PafA identifiziert, die in der Umwelt reichlich vorhanden ist und das in Düngemitteln verwendete Phosphat effizient aus seinen organischen Formen freisetzen kann.
Die Studie verwendete ein Flavobacterium-Modell, um die PafA-Funktion in vivo zu untersuchen, und zeigte, dass es natürlich vorkommendes organisches Phosphat unabhängig vom Phosphatspiegel schnell mineralisieren kann, ein Prozess, von dem festgestellt wurde, dass er insbesondere durch andere gängige Enzyme wie PhoX- und PhoA-Phosphatasen gehemmt wird wenn bereits Restgehalte an Phosphat vorhanden sind.
Dr. Ian Lidbury vom Institute for Sustainable Food and Arthur Willis Environmental Research Centre der University of Sheffield sagt, dass „die Akkumulation von Phosphat die Enzymaktivität in den häufigsten Phosphatasen hemmen kann, aber PafA ist insofern einzigartig, als seine Funktion nicht darunter leidet Phosphat reichert sich an.“
„Da PafA in der Umwelt sowohl an Land als auch in Gewässern stark vorkommt und vielfältig ist, ist es eine wertvolle, übersehene Ressource, um Wege zu finden, Pflanzen und Tieren zu helfen, essentielle Nährstoffe effizienter zu erfassen, und wird für uns von entscheidender Bedeutung sein unsere Abhängigkeit von den begrenzten Vorräten an nicht erneuerbaren chemischen Phosphordüngern der Welt zu verringern und den Schaden zu verringern, der durch den schnellen Verbrauch verursacht wird.
„Unsere weitere Forschung wird untersuchen, wie PafA funktioniert, da Flavobacterium-Formen im Vergleich zu anderen besonders aktiv zu sein scheinen. Daher ist es entscheidend, dies zu verstehen, um optimierte Enzyme für den Einsatz in der Landwirtschaft entwickeln zu können.“
Das Team arbeitet nun daran, zu untersuchen, was bestimmte Formen von PafA aktiver macht als andere, mit dem Ziel, ein Enzym zu entwickeln, das zur Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft eingesetzt werden kann, indem es leichter verfügbare organische Phosphorquellen für Pflanzen bereitstellt, mit dem Potenzial dazu in Tierfutter einführen.
Ian DEA Lidbury et al., Eine weit verbreitete phosphatunempfindliche Phosphatase stellt einen Weg zur schnellen Organophosphor-Remineralisierung in der Biosphäre dar, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2118122119