La donazione di tre milioni di dollari finanzierà la ricerca per insegnare ai cereali a dialogare con i rizobi
I rizobi sono batteri del suolo che da milioni di anni siglano un patto chimico con leguminose come piselli, fagioli ed erba medica: li nutrono con l’azoto che prelevano direttamente dall’atmosfera e in cambio ricevono zuccheri dalla pianta. Fuori da quella ristretta cerchia botanica, però, il dialogo si interrompe. Provate a inoculare un campo d’orzo con lo stesso cocktail microbico: le radici ignorano i segnali, i batteri restano inattivi e la pianta continua a dipendere dai fertilizzanti di sintesi. È un muro biologico su cui si infrangono decenni di promesse, e proprio lì ha deciso di scavare Barney Geddes, microbiologo della North Dakota State University. Ieri, Richard e Linda Offerdahl hanno annunciato una donazione di 3 milioni di dollari per accelerare il lavoro del suo laboratorio.
Perché l’orzo non parla con i batteri
La fissazione biologica dell’azoto non è una novità agronomica. I batteri del genere Rhizobium sono stati applicati in agricoltura già dagli anni Cinquanta per la loro capacità di fornire azoto alle leguminose, riducendo in modo significativo il ricorso ai concimi minerali su colture come soia e trifoglio. Il meccanismo è elegante: la pianta emette segnali chimici che attirano i rizobi verso le radici; questi, una volta entrati, si insediano in strutture specializzate chiamate noduli, dove l’enzima nitrogenasi converte l’azoto atmosferico in ammoniaca. Il problema è che nessun cereale – orzo, frumento, mais – produce spontaneamente noduli o riconosce i segnali giusti. Ingegnerizzare una partnership del genere significa riscrivere un dialogo molecolare che l’evoluzione ha confinato a poche famiglie botaniche.
«La fissazione atmosferica dell’azoto è il Santo Graal dell’agricoltura», ha dichiarato Richard Offerdahl, che con la moglie Linda segue da anni il lavoro di Geddes. E in effetti l’idea di coltivare cereali capaci di nutrirsi d’aria toccherebbe tre nervi scoperti dell’agricoltura contemporanea: il costo dei fertilizzanti azotati, la loro impronta carbonica e l’inquinamento da nitrati nelle falde. La donazione di questi giorni non cade su un terreno vergine: Geddes è già il titolare della Richard and Linda Offerdahl Faculty Fellowship, un finanziamento che gli ha permesso di costruire un gruppo di ricerca dedicato proprio alle interazioni tra piante e microbi. «Basandoci sui progressi notevoli ottenuti con la cattedra Offerdahl, questo nuovo impegno finanziario sosterrà la prossima fase del nostro programma», ha spiegato lo scienziato.
Il vicino di campo che già ci riesce
Mentre a Fargo si lavora per insegnare all’orzo a riconoscere i rizobi, là fuori c’è già chi ha trasformato la fissazione microbica in un prodotto commerciale. Pivot Bio ha lanciato PROVEN G3, un inoculante microbico che colonizza le radici del mais e fornisce azoto per tutta la stagione vegetativa. In centinaia di prove condotte su campi di agricoltori reali in tutto il paese, il prodotto ha aggiunto costantemente tra i 4 e i 10 bushel per acro rispetto ai testimoni non trattati. È un risultato concreto, che dimostra come la fissazione biologica non sia più soltanto una promessa da laboratorio.
Il punto, però, è proprio la coltura: Pivot Bio funziona sul mais, e il mais non è orzo. Le due piante hanno architetture radicali e profili metabolici diversi; i batteri che colonizzano la rizosfera del mais non sono gli stessi rizobi che Geddes sta cercando di rendere compatibili con i cereali a paglia. Inoltre, il guadagno agronomico di PROVEN G3 – per quanto reale – è modesto: copre una frazione del fabbisogno di azoto della pianta, non lo sostituisce per intero. L’agricoltore continua comunque a distribuire fertilizzante di sintesi, solo in dose ridotta. La promessa della fissazione endosimbiotica, quella vera, è un’altra: è il giorno in cui l’orzo potrà fare a meno del sacco di urea.
Cosa comprano 3 milioni di dollari
Tre milioni di dollari, in un laboratorio di microbiologia vegetale, comprano tempo e talento. Finanziano dottorandi e post-doc per cinque o sei anni, strumentazione per studiare i segnali chimici tra radici e batteri, parcelle per prove in serra e primi micro-plot all’aperto. La donazione degli Offerdahl permette di consolidare un percorso partito ben prima di quest’estate: già con la fellowship, il laboratorio di Geddes aveva cominciato a identificare ceppi batterici promettenti. Ora la fase successiva è ingegnerizzare quei ceppi e, parallelamente, modificare l’orzo perché emetta i segnali chimici corretti. Si cerca insomma di far incontrare i due partner a metà strada, agendo sia sul microbo sia sulla pianta.
Basteranno a trasformare l’orzo in un fissatore di azoto? O serviranno a capire che la strada è più lunga del previsto? Domande aperte, perché la biologia non concede scorciatoie. I rizobi che formano noduli funzionano grazie a un dialogo molecolare raffinato, orchestrato da decine di geni vegetali che i cereali non possiedono. Introdurre quei geni nell’orzo è tecnicamente possibile, ma resta da dimostrare che la pianta ingegnerizzata riesca davvero a nutrire i batteri e a ricevere azoto in quantità agronomicamente significativa. E poi c’è la sfida ambientale: un microbo che funziona in un suolo argilloso del North Dakota potrebbe fallire in un terreno sabbioso del Mediterraneo. Scalare dal vaso al campo, e dal campo a centinaia di migliaia di ettari, è un’altra partita.
Resta comunque il gesto concreto di due filantropi che scommettono sulla ricerca di base, accettando il rischio che il “Santo Graal”, come lo ha definito Richard Offerdahl, resti ancora tale. La posta in gioco è chiara: se i cereali riuscissero a fissare anche solo una quota del loro fabbisogno di azoto, l’agricoltura potrebbe ridurre in modo misurabile l’uso di fertilizzanti di sintesi, con benefici sia economici sia ambientali. È un percorso che, per ammissione dello stesso Geddes, si fonda sui progressi già ottenuti con la cattedra Offerdahl e che ora entra in una fase in cui la biologia fondamentale deve dimostrare di poter reggere il confronto con le esigenze di campo.
La donazione compra tempo e talento per risolvere un enigma biologico. Ma il vero giudice sarà il campo: quando l’orzo inizierà davvero a nutrirsi d’aria, chi installa e gestisce colture dovrà decidere se fidarsi più di un microbo o di un sacco di urea. Quel giorno, se arriverà, non ci sarà un comunicato stampa a decretarlo, ma la resa alla pesa e il conto in banca dell’agricoltore. Nel frattempo, il laboratorio di Geddes continua a esplorare le opportunità per ridurre la dipendenza dai prodotti chimici in agricoltura. L’azoto è ancora lassù, in attesa che qualcuno insegni all’orzo la parola giusta.
