Potenciando plantas y suelos para eliminar el carbono de la atmósfera

Nuevos fondos de la Iniciativa Chan Zuckerberg ponen en marcha la investigación de eliminación de carbono habilitada por CRISPR en el Instituto de Genómica Innovadora

Un nuevo programa de investigación en el Instituto de Genómica Innovadora (IGI), respaldado por un compromiso de $11 millones de la Iniciativa Chan Zuckerberg (CZI), busca utilizar la edición del genoma CRISPR para mejorar la capacidad natural de las plantas y de los microbios del suelo para capturar y almacenar carbono de la atmósfera. Junto con los esfuerzos para reducir las fuentes de emisiones existentes, la eliminación de dióxido de carbono (CDR) podría desempeñar un papel cada vez más importante en la reducción del impacto global del cambio climático y revertir su curso, según el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC). En cualquier discusión sobre CDR, a menudo se observa que ya tenemos tecnologías que hacen esto bastante bien: plantas, microbios y otros organismos vivos, pero estos fueron optimizados para un mundo sin grandes cantidades de exceso de carbono producido por actividades humanas. El proyecto IGI tiene como objetivo mejorar las capacidades naturales de eliminación de carbono de los organismos vivos para hacer frente a la escala del problema del cambio climático.

Durante el año pasado, CZI ha invertido en el desarrollo de tecnologías prometedoras para ayudar a abordar el cambio climático a escala como parte de una exploración de soluciones climáticas emergentes y de vanguardia, incluidas las tecnologías CDR. El programa IGI es el más reciente receptor de apoyo y uno de los primeros en aplicar la edición del genoma CRISPR al esfuerzo mundial de CDR.

“Estamos emocionados por apoyar la importante investigación del Instituto de Genómica Innovadora sobre nuevas aplicaciones de la tecnología de edición de genes”, dice la cofundadora y codirectora ejecutiva de CZI, la Dra. Priscilla Chan. “Esta tecnología tiene el potencial de potenciar las capacidades naturales de las plantas, lo que les permite extraer más carbono de la atmósfera y almacenar más carbono en sus raíces y en el suelo circundante, proporcionando un nuevo conjunto de herramientas innovadoras para abordar el cambio climático”.

Uno de los mayores desafíos con las soluciones actuales basadas en la naturaleza es que el carbono que se elimina de la atmósfera generalmente regresa a la atmósfera en un período de tiempo relativamente corto, a menudo respirado por los microbios del suelo como dióxido de carbono. Para que la CDR natural tenga un impacto significativo, el carbono debe retenerse en los suelos durante largos períodos de tiempo.

Hasta el advenimiento de la agricultura moderna hace unos 200 años, los suelos globales proporcionaron un sumidero confiable a largo plazo para el carbono, pero desde entonces los suelos han perdido carbono equivalente a 487 mil millones de toneladas métricas de dióxido de carbono, una cantidad enorme de carbono que se encuentra aproximadamente a la par con las emisiones acumulativas de CO2 fósil de EE. UU. desde la revolución industrial. El equipo del IGI ve una oportunidad para aumentar los niveles de carbono del suelo en amplias franjas de tierras agrícolas gestionadas. Restaurar el carbono del suelo tiene el beneficio adicional de mejorar la estructura del suelo, mejorar la eficiencia del uso del agua y la disponibilidad de nutrientes, y alimentar a las comunidades microbianas beneficiosas del suelo.

Además de mejorar la capacidad de eliminación de carbono, el equipo anticipa otros beneficios. Mejorar la eficiencia de la fotosíntesis podría traducirse en mayores rendimientos y menores necesidades de fertilizantes y riego, todo lo cual podría resultar útil para una población en crecimiento en un planeta que se calienta. 

“El cambio climático es el problema más serio que enfrenta el mundo hoy en día, con impactos en el hambre, la propagación de enfermedades, la biodiversidad, la economía global y casi todos los aspectos de la vida humana”, dice la fundadora de IGI y Premio Nobel, la Dra. Jennifer Doudna. “Hemos entendido durante algunos años que la edición del genoma CRISPR podría usarse para ayudar a la agricultura a adaptarse al cambio climático. Es un nuevo paso emocionante aplicar el mismo conjunto de herramientas para la eliminación de carbono y abordar el cambio climático directamente”.

El programa IGI está abordando la investigación en tres grupos de trabajo compuestos por investigadores de UC Berkeley, UC Davis y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, cada uno de los cuales se centra en una etapa diferente del viaje del carbono desde la atmósfera, a través de las plantas hasta las raíces y al suelo. .

Un grupo dirigido por David Savage, Krishna Niyogi, Pamela Ronald y el Director de Agricultura Sustentable del IGI, Brian Staskawicz, se centrará en editar variedades de arroz para mejorar la fotosíntesis para eliminar el carbono de la atmósfera de manera más eficiente y optimizar tanto el desarrollo de raíces como los exudados de raíces que pueden promover el secuestro de carbono en el suelo. Un segundo grupo encabezado por Peggy Lemaux y Myeong-Je Cho, Directora de la Instalación de Genómica y Transformación de Plantas en el IGI, está desarrollando nuevos protocolos de edición del genoma de alta eficiencia para el sorgo de cultivo de biomasa para permitir la edición para CDR mejorado. El grupo final, dirigido por la Directora de Microbiología de IGI, Jill Banfield, y Jennifer Pett-Ridge, desarrollará técnicas para rastrear el carbono fijado por los cultivares mejorados y estudiará las comunidades microbianas del suelo que promueven activamente el almacenamiento de carbono a largo plazo. El impacto en el mundo real requerirá la adopción generalizada de los resultados de este trabajo, por lo que junto con los esfuerzos científicos, Melinda Kliegman, Directora de Impacto Público en el IGI, desarrollará un plan de implementación y trabajará para abordar las consideraciones sociales para garantizar que los desarrollos de este trabajo satisfagan las necesidades de los usuarios finales.

"Estos esfuerzos están comenzando localmente en laboratorios y campos en UC Berkeley y UC Davis, pero hemos desarrollado este programa específicamente para que el impacto pueda escalar rápidamente en todo el mundo", dice Brad Ringeisen, director ejecutivo del IGI e investigador principal líder del proyecto. 

Las plantas y los microbios no solo tienen una capacidad inherente para capturar carbono de la atmósfera, sino que también pueden almacenarlo en la biomasa y en los suelos de las tierras de cultivo, que cubren ⅓ de la superficie terrestre de la Tierra. Centrarse en cultivos comerciales de importancia mundial como el arroz y el sorgo garantiza que los impactos de la adopción de esta tecnología se extiendan por todo el mundo y beneficien a las comunidades de ingresos bajos y medios. El equipo estima que al aumentar la captura de carbono fotosintético del sorgo y expandir el cultivo a tierras marginales, puede ser posible lograr un aumento neto de hasta 1.4 millones de toneladas métricas de CO2 equivalente capturado anualmente en todo el mundo, la mitad de las cuales podrían almacenarse de manera longeva al combinarse con tecnologías de conversión de biomasa. Los avances del equipo del IGI pueden extenderse en el futuro ya que este trabajo se aplica a otros cultivos, como el trigo y el maíz.

Acerca de la Iniciativa Chan Zuckerberg

La Iniciativa Chan Zuckerberg se fundó en 2015 para ayudar a resolver algunos de los desafíos más difíciles de la sociedad, desde erradicar enfermedades y mejorar la educación hasta abordar las necesidades de nuestras comunidades locales. Nuestra misión es construir un futuro más inclusivo, justo y saludable para todos. Para mayor información por favor visite www.chanzuckerberg.com.

Contacto de medios de IGI: Andy Murdock - andymurdock@berkeley.edu