Группа японских исследователей раскрыла механизм синтеза масла в клетках микроводорослей. Это открытие может способствовать развитию биотоплива. Результаты были опубликованы 4 апреля в Scientific Reports.
Исследование было проведено группой под руководством профессора ХАСУНУМА Томохиса и академического исследователя КАТО Юичи из Высшей школы науки, технологий и инноваций Университета Кобе.
В течение 20-го века нефтехимическая промышленность быстро развивалась, что привело к истощению ископаемых ресурсов и изменению климата в глобальном масштабе. Чтобы решить эти проблемы и создать устойчивое и экологически сознательное общество, мы должны использовать возобновляемую биомассу, такую как растения и водоросли.
Количество биомассы на Земле примерно в 10 раз превышает количество энергии, которую мы потребляем в настоящее время. Примерно половина этой биомассы растет в водной среде, а океаническая биомасса, такая как микроводоросли, может производить нефть, не используя пахотные земли и питьевую воду.
Микроводоросли могут расти при наличии света, воды, углекислого газа и небольшого количества минералов, а их клетки быстро делятся, а это означает, что их можно собирать быстрее, чем наземную биомассу. Водоросли также можно собирать круглый год, что потенциально обеспечивает более стабильное снабжение энергией.
Многие виды водорослей способны производить большое количество масла (липидов), но исследователи впервые зафиксировали метаболические изменения, происходящие на молекулярном уровне, когда липиды вырабатываются в клетках водорослей.
Сосредоточив внимание на морских микроводорослях, группа профессора Хасунума обнаружила, что Chlamydomonas sp. АО4, новый вид зеленых водорослей, выращенных в солоноватой воде, сочетает в себе высокую скорость роста с высоким уровнем липидов. Исследовательская группа разработала метод анализа под названием «динамическое метаболическое профилирование» и использовала его для анализа АО4 и выяснения того, как этот вид производит масло в своих клетках.
Команда профессора Хасунума инкубировала АО4 с двуокисью углерода в качестве единственного источника углерода. Через 4 сут после начала инкубации более 55% массы клеток составляли углеводы (преимущественно крахмал). Когда соленая вода составляла 1-2% инкубационной жидкости, команда наблюдала снижение содержания углеводов и увеличение содержания масла, а через 7 дней после начала инкубации более 45% массы клеток превратилось в масло..
JSC4 имеет высокую скорость роста клеток, а скорость образования липидов в культуральном растворе достигла скорости, которая значительно превзошла предыдущие эксперименты. В начале периода культивирования в клетках наблюдались частицы крахмала, но в соленой воде эти частицы исчезают и видны многочисленные капельки масла.
Используя динамическое метаболическое профилирование, группа обнаружила, что путь биосинтеза сахара (активируемый при производстве крахмала) замедляется, а путь активируется для синтеза триацилглицерола, составного элемента масла. Другими словами, добавление морской воды переключило путь от производства крахмала к производству масла. Они также выяснили, что активация фермента, расщепляющего крахмал, увеличивается в растворе соленой воды.
Открытие этого метаболического механизма является не только важным биологическим открытием, но и может быть использовано для увеличения производства биотоплива путем улучшения методов выращивания водорослей. Основываясь на этих выводах, команда продолжит поиск способов увеличения устойчивой добычи нефти путем разработки более эффективных методов культивирования и с помощью генной инженерии..