Vi khuẩn biến đổi gen có thể giúp 'nuôi' cây trồng toàn cầu?

Phân bón hóa học đóng vai trò sống còn trong sản xuất lương thực, nhưng chi phí năng lượng và lượng khí thải từ quá trình sản xuất đang là gánh nặng lớn. Nhiều công ty khởi nghiệp đang kỳ vọng vào một giải pháp mới: sử dụng vi sinh vật biến đổi gen để cung cấp nitơ tự nhiên cho cây trồng, qua đó giảm phụ thuộc vào phân bón tổng hợp.

Vấn đề lớn từ phân bón hóa học

Không khí chứa gần 80% nitơ, nhưng cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp dạng nitơ "tự do" này vì nó khó phản ứng với các nguyên tố khác. Thay vào đó, cây dựa vào nitơ "cố định" – dạng đã được chuyển hóa thành các hợp chất hoạt động như amoniac. Trong tự nhiên, các vi sinh vật thực hiện quá trình cố định đạm này, và một số cây họ đậu thậm chí có mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm.

Phân bón tổng hợp về cơ bản là quá trình cố định đạm công nghiệp thông qua quy trình Haber-Bosch, sử dụng khí tự nhiên để tạo amoniac. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và chiếm khoảng 2% lượng khí thải nhà kính toàn cầu.

Cách tiếp cận mới từ Switch Bioworks

Switch Bioworks, một công ty khởi nghiệp tại Mỹ, đang áp dụng một phương pháp đột phá: thiết kế vi khuẩn có thể tự thiết lập và phát triển thành các khuẩn lạc khỏe mạnh trước khi chuyển sang chế độ sản xuất nitơ.

"Chúng ta phải phát minh lại phân bón," Tim Schnabel, nhà sáng lập kiêm CEO của công ty, nhấn mạnh.

Công nghệ cốt lõi nằm ở công tắc di truyền – các đoạn DNA có khả năng kiểm soát cách bật/tắt gen. Trong trường hợp này, công tắc sẽ kích hoạt các gen giúp sản xuất và giải phóng amoniac từ tế bào vi khuẩn. Hướng đi chính là để vi khuẩn phản ứng với hàm lượng nitơ trong đất: khi nitơ giảm xuống một mức nhất định, chúng bắt đầu sản xuất amoniac.

Thử nghiệm thực địa và tiềm năng

Switch Bioworks hiện đang thử nghiệm sản phẩm tại 6 bang của Mỹ, tập trung vào ngô – loại cây trồng phổ biến nhất với hơn 90 triệu mẫu vào năm 2026. Kết quả ban đầu cho thấy những cây ngô được xử lý bằng vi khuẩn của công ty trông khỏe mạnh hơn rõ rệt so với nhóm đối chứng.

Theo công ty, sản phẩm của họ có thể thay thế khoảng 25% phân bón hóa học hiện tại, với mục tiêu tối đa là 50%. Trong khi đó, Pivot Bio – một công ty khác trong lĩnh vực này – cũng tuyên bố sản phẩm của họ có thể thay thế khoảng 1/4 lượng phân bón đang sử dụng.

Triển vọng và thách thức

Dan Blaustein-Rejto, Giám đốc lĩnh vực lương thực và nông nghiệp tại Viện Breakthrough, đánh giá: "Đây có thể là một giải pháp thực sự quan trọng cho một lĩnh vực khó giảm phát thải." Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo rằng các thử nghiệm độc lập là cần thiết, vì thường có khoảng cách lớn giữa dữ liệu do công ty công bố và kết quả nghiên cứu độc lập.

Travis Frey, Giám đốc công nghệ của Pivot Bio, nhận định: "Người nông dân đang phải chịu cảnh 'một vốn bốn lời' – chi phí phân bón tăng trong khi giá nông sản giảm. Thập kỷ tới chính là thời điểm các sản phẩm sinh học trên đồng ruộng đi vào dòng chính."

Mô tả: Thử nghiệm vi khuẩn biến đổi gen trên cây ngô

Tuy nhiên, vẫn còn một giới hạn rõ ràng: phân bón hóa học sẽ còn tồn tại lâu dài. John Havlin, giáo sư tại Đại học Bang North Carolina, chia sẻ: "Tôi rất hào hứng về tương lai của các sản phẩm này. Chúng sẽ có vai trò giảm tải lượng nitơ được bón vào đất." Nhưng ông cũng thừa nhận không có viễn cảnh rõ ràng nào để thay thế hoàn toàn phân bón tổng hợp trong tương lai gần.

Đối với nông dân Việt Nam, những tiến bộ này có thể là tín hiệu đáng mừng. Việc giảm chi phí phân bón nhập khẩu và hướng tới nông nghiệp bền vững đang là mối quan tâm lớn của ngành nông nghiệp trong nước. Dù sản phẩm thương mại còn cần 2-3 năm nữa mới ra mắt, những nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho nền nông nghiệp công nghệ cao tại Việt Nam.