Enzym có khả năng giúp giảm tiêu thụ phân bón hóa học phốt-phát mà các hệ thống sản xuất lương thực toàn cầu dựa vào, nhưng được sản xuất bằng cách khai thác các nguồn phốt-phát đá vô cơ không thể tái tạo và ngày càng đắt đỏ.

Tất cả các sinh vật trên Trái đất đều cần phốt pho để sinh trưởng và phát triển khỏe mạnh, nhưng việc tiếp tục sử dụng một lượng hạn chế phân bón hóa học phốt pho không tái tạo được trong nông nghiệp đang đe dọa năng suất cây trồng và tính bền vững của hệ thống sản xuất lương thực toàn cầu. Nông nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ phốt pho không tái tạo lớn nhất, vì vậy nguồn cung hạn chế có ý nghĩa quan trọng đối với an ninh lương thực toàn cầu, đa dạng sinh học và điều hòa khí hậu.

Dạng phốt-pho đơn giản nhất được sử dụng trong phân bón là phốt-phát vô cơ không tái tạo được, bởi thực tế là sự sẵn có của các chất dinh dưỡng phốt-phát hữu cơ trong môi trường thường đủ thấp để hạn chế sự phát triển tự nhiên của thực vật và tảo.

Trong đại dương và đất, hầu hết tổng lượng phốt pho tồn tại ở dạng hữu cơ phức tạp, đòi hỏi các enzym, thường là phosphatases - một loại enzym làm chất xúc tác nhằm phân hủy và tổng hợp a-xit phốt-pho-ric, để giải phóng phốt-phát giúp thực vật và tảo có thể sử dụng nó như một chất dinh dưỡng.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sheffield đã xác định được một loại vi khuẩn phosphatase duy nhất có nhiều trong môi trường gọi là PafA, có thể giải phóng hiệu quả phốt-phát sử dụng trong phân bón từ các dạng hữu cơ của nó.

Nghiên cứu sử dụng mô hình Flavobacterium xem xét chức năng PafA trong cơ thể sống và cho thấy có thể nhanh chóng khoáng hóa phốt-phát hữu cơ tự nhiên độc lập, một quá trình được phát hiện là bị ức chế bởi các enzym phổ biến khác như PhoX và PhoA phosphatases, đặc biệt là nếu xung quanh đã có dư lượng phốt-phát.

"Nghiên cứu sâu hơn của chúng tôi sẽ điều tra cách thức hoạt động của PafA, vì các dạng vi khuẩn Flavobacterium tỏ ra đặc biệt tích cực so với các dạng khác. Vì vậy, hiểu được điều này là rất quan trọng để chúng tôi có thể tạo ra các enzym tối ưu hóa để sử dụng trong nông nghiệp", tác giả nghiên cứu cho biết.

Nhóm hiện đang nghiên cứu điều gì làm cho một số dạng PafA hoạt động mạnh hơn các dạng khác, với mục tiêu thiết kế một loại enzyme có thể được sử dụng để thúc đẩy nông nghiệp bền vững, thông qua việc cung cấp nhiều nguồn phốt pho hữu cơ sẵn có hơn cho cây trồng, với khả năng đưa nó vào thức ăn chăn nuôi./.