農家は肥料の代わりにデザイナー微生物を購入できる

ジェイク・ミッシュ一家は4世代にわたり、インディアナ州北西部の砂質土壌でトウモロコシを栽培しています。この地域の他の農家と同様に、ミッシュ一家は春に種を蒔く際に一度、そして年が明けてトウモロコシが成長期を迎える時期に一度、窒素を豊富に含む肥料を畑に散布します。豊作には肥料が不可欠ですが、費用がかさむため、ミッシュ氏はストレスを感じています。そして、彼自身も重々承知しているように、肥料は地球環境にも良くありません。

そのため、ミッシュ氏は来年、新たな試みに挑戦する。春には、畝を立てたばかりのトウモロコシの種に、植物用の液体プロバイオティクスを散布する。苗が成長するにつれて、これらの特別な微生物が根に定着し、毛状の節を形成し、大気中の窒素を植物が太陽光を糖に変換できる形に変換する。すべてが計画通りに進めば、これらの小さな微生物はトウモロコシ1エーカーあたり25ポンド（約11.3kg）の利用可能な窒素を生成することになる。

少なくとも、ピボット・バイオはそう約束している。カリフォルニア州バークレーに拠点を置くバイオテクノロジーのスタートアップ企業である同社は本日、米国のトウモロコシ農家向けに、世界初にして唯一の窒素生成微生物処理剤の商業販売を開始すると発表した。これは肥料の完全な代替品ではないが、農家の肥料への依存度を軽減することを目指している。肥料の生産は温室効果ガスの大きな排出源となっている。畑で使用された肥料は、帯水層に浸透したり河川に流出したりして、有毒な藻類の大量発生を引き起こす可能性がある。ピボット・バイオによると、米国のすべてのトウモロコシ農家がミッシュ氏の先例に従えば、環境への影響は道路から100万台の自動車を排除するのと同等になるという。

「私たちは環境に配慮した時代精神を創り出そうとしています」と、ピボットのCEO兼共同創業者であるカーステン・テメ氏は語る。同社はまた、温室効果ガス排出量の大幅な削減を目指す投資ファンド、ビル・ゲイツ氏のブレークスルー・エナジー・ベンチャーズが主導するシリーズB資金調達で7,000万ドルを調達したことも発表した。

現代農業の最大の課題を解決するために地中の微生物を利用するという考えは、全く新しいものではありません。農家は何十年も前から、畑に害虫駆除用のバクテリアを散布してきました。しかし、大規模農業における微生物への資金流入が始まったのはごく最近のことです。PivotやIndigo Agといったスタートアップ企業は、2014年に有用微生物の探索を開始し、製品化を目指しています。昨年、ドイツのバイオテクノロジー大手バイエルは、生物工学企業のGinkgo Bioworksと1億ドル規模の合弁事業を立ち上げ、デザイナーバクテリアを活用した自家受粉作物の開発を目指しています。

現在Joyn Bioと改名された同社は、合成生物学のあらゆる手法を駆使し、大豆などのマメ科作物に自然界に存在する微生物がもたらす効果をトウモロコシや小麦にももたらす微生物を開発している。最初の製品の圃場試験まではまだ2～3年かかる。

一方、ピボットは、自然が既に備えているものを活用する道を見出した。トウモロコシの根に生息し、DNAに窒素固定遺伝子がコードされている細菌がいることを彼らは知っていた。しかし、そのプロセスには膨大なエネルギーが必要となるため、細菌は必要な時にのみ遺伝子を活性化していた。また、農家は常に肥料を与えた畑に作物を植えるため、これらの遺伝子は何十年もの間休眠状態にあった。誰かがそれらを再び活性化させる必要があったのだ。「私たちがやろうとしているのは、微生物がずっと前から持っていたこの機能を再び目覚めさせることなのです」とテムは言う。

しかし、まずはそれらを見つけなければなりませんでした。まず、ピボット社は全米のコーンベルト地帯の農家からバケツいっぱいの土を購入しました。その土に、同社の科学者たちはトウモロコシの苗を植えました。「ベイトプラント」と呼ばれる苗は、有益なバクテリアを引き寄せる物質を排泄するため、この植物から生まれました。農業用の火口のようなもので、トウモロコシは自分の生活を楽にする微生物を素早くキャッチします。土壌に潜む何千もの虫のうち、植物はおそらく12匹ほどを抜き取ります。次に、ピボット社の科学者たちはその根をすり潰し、窒素を抜いた寒天培地に塗布します。生き残ったものは、自らバクテリアを作り出しているに違いありません。

ピボット社の科学者サラ・ブロック氏によると、有望な候補菌株が見つかったら、遺伝子編集ツールを用いて遺伝子発現プログラムを書き換えるという。目標は、肥料があっても窒素固定活性を維持することだ。「有望な菌株を100通りもの方法で改造し、あらゆる手法をテストして、どれが最適かを見極めるのです」とブロック氏は語る。時に、大きな進歩は意外なところから生まれることもある。ピボット社の最初の製品となる菌株は、来シーズンから一部州の農家に提供される予定だが、ブロック氏の父親が所有するミズーリ州の土地から採取されたものだ。

「初期のサンプルの多くは、友人や家族など、知り合いから提供されたものです」とブロック氏は語る。「父のサンプルがまさに大当たりだったんです。」

この製品は、5世代にわたる小規模な圃場試験を経て、今夏、より大規模な試験に入った。ピボット社は全米各地の農家25軒と協力し、それぞれ数エーカーずつ液体プロバイオティクス処理を施した作物を栽培した。収穫物もデータもまだ出ていないが、ミッシュ氏をはじめとする農家はすでに興奮している。ミッシュ氏はツイッターで同僚がこの試験に参加していることを知り、先週、その農家の農場に立ち寄って試験用の畝を歩いた。そこで見たものが、インディアナ州におけるピボット社の最初の顧客になることを彼に決心させた。「10年前を振り返ると、生物製剤に対する農家の評価は賛否両論です」とミッシュ氏は言う。「これらは生物であり、環境によって異なる働きをしますが、科学は大きく進歩しました。」ミッシュ氏が数字を分析したところ、この種のプロバイオティクスによる植物処理によって1エーカーあたり20ドル、つまり現在の年間窒素投資の約3分の1を節約できるという。

地球を救うのに十分でしょうか？おそらくそうではないでしょう。しかし、少なくとも正しい方向への一歩であることは確かです。

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