Контроль уреазы поможет сельскому хозяйству и фармацевтике

В современном сельском хозяйстве одним из основных видов азотных удобрений является карбамид. Изначально содержащийся в карбамиде азот находится в связанной форме, и потому недоступен для поглощения растениями. Дело в том, что растения могут поглощать нутриенты лишь корневой системой, которая не способна расщеплять вещества, а может лишь поглощать химические элементы, уже растворенные в воде. Тем не менее, попадая в землю, карбамид распадается на аммоний, который уже доступен для выращиваемых культур. Катализатором такой реакции служит уреаза — гидролитический фермент из группы амидаз, производимый содержащимися в земле микроорганизмами.

Несмотря на все преимущества карбамида, данный вид удобрений также обладает и рядом хорошо известных недостатков, главным из которых является чрезмерно быстрое высвобождение азота в почву.

«Уреаза ускоряет формирование азотсодержащих компонентов, которые в свою очередь очень быстро рассеиваются в окружающей среде вместо того, чтобы поглощаться растениями», — объясняет Стефано Чюрли (Stefano Ciurli), профессор химии Болонского университета (Италии).

На прошлой неделе в американском журнале Soil Science Society of America была опубликована статья о предварительных результатах исследования профессора Стефано Чюрли и его команды. Так, итальянские ученые ведут разработку нового покрытия для гранул удобрений — полимером на основе малеиновых и итаконовых кислот (Maleic-Itaconic Polymers, далее — MIP).

Несмотря на то, что предыдущие исследования показали неэффективность MIP-покрытия, итальянские ученые обнаружили, что все-таки это не совсем так — при определенных уровнях кислотности почвы данное соединение достаточно хорошо тормозит действие уреазы. Эффективность MIP-покрытия сопоставима с эффективностью и другого вещества — триамида тиофосфорила (N-(n-butyl)-thiophosphoric triamide, далее — NBPT). NBPT, в свою очередь, хоть и показал аналогичное воздействие на уреазу, однако имел ряд побочных эффектов, включая негативное воздействие на выращиваемые культуры.

«Те фермеры, кто уже использует протестированные нами вещества, данное исследование расскажет, почему именно эти химикаты эффективны. Для тех же, кто решил не использовать их по причине их предполагаемой неэффективности, теперь могут убедиться в преимуществах данных препаратов по сравнению с другими химикатами, представленными на рынке», — cказал ученый.

В почве азот может присутствовать во множестве различных форм. Так, это могут быть газы, которые достаточно легко выходят в атмосферу, и потому бесполезны для растений. Другое дело нитраты — они могут быть поглощены корневой системой выращиваемых культур, однако они также легко и вымываются в грунтовые воды, что в результате провоцирует цветение водорослей в реках и озерах и создает так называемые «мертвые зоны».

«Знание принципов работы уреазы на молекулярном уровне является первым шагом в разработке уреазных ингибиторов как для сельского хозяйства, так и для фармацевтики. Уреаза является ключевым фактором вирулентности для целого ряда микроорганизмов, вызывающих резистентность к антибиотикам, раку, туберкулезу, чуме и заболеваниям мозга. Знание химии данного фермента позволит человечеству лучше бороться за собственное выживание на планете», — подытожил ученый.