Несмотря на громкие демонстрации, обещания не оправдались, и стартапы пересмотрели бизнес-модели, включив в них производство специальных липидов, таких как те, которые используются в косметике и мыле. Тем не менее, мечта о производстве возобновляемой энергии в коммерческих масштабах сохраняется, поскольку появляются новые технологии, которые, наконец, могут привести биотопливо из водорослей к конкурентной нише на рынке.Одним из многих усовершенствований, необходимых для устойчивого производства водорослевого биотоплива, является создание более качественных водорослей.
На этой неделе исследователи из Института Бойса Томпсона и Техасского университета AM сообщают в Plant Direct о захватывающей новой технологии, которая может произвести революцию в поисках идеального штамма водорослей: биореакторы из капель водорослей на чипе.Одиночная клетка водорослей заключена в крошечную капельку воды, инкапсулированную маслом — представьте крошечные капельки, которые образуются, когда вы смешиваете растительное масло с водой — затем миллионы капель водорослей выдавливаются на чип размером примерно с четверть.
Каждая капля представляет собой микробиореактор, строго контролируемую среду, в которой клетки водорослей могут расти и реплицироваться в течение нескольких дней, образуя генетически однородную колонию, которая проходит через свои типичные биологические реакции, включая производство липидов.«Это первая микросистема, которая позволяет одновременно анализировать содержание липидов и измерять скорость роста с высокой пропускной способностью, тогда как предыдущая работа могла делать только то или другое», — отметил старший автор и инженер Арум Хан из Техасского университета AM.
Ученые спешат определить штамм суперводорослей, который может размножаться быстрее и производить больше липидов на клетку. Этим летом ExxonMobil объявила об открытии штамма с единственной генетической модификацией, которая позволяет продуцировать в два раза больше липидов на клетку. Но это только шаг в правильном направлении, поскольку тысячи генов обладают потенциалом для дальнейшего улучшения обоих признаков.
С сегодняшними технологиями редактирования генов изменение генов водорослей может быть относительно простым; однако определение того, какие гены нацелить, требует много времени и средств. Воздействие мутагена на культуру водорослей дает миллионы уникальных, потенциально улучшенных клеток водорослей, каждая из которых должна быть проверена на проявление желаемого признака, такого как повышенное производство липидов.
Затем мутировавшие гены можно идентифицировать с помощью полногеномного секвенирования.«Важно разработать инструмент, который может проверять миллионы клеток за гораздо более короткие сроки и меньшее пространство. В чипе, содержащем миллионы капель клеток, каждая капля похожа на колбу или биореактор, и именно так мы можно получить результаты быстрее с помощью всего лишь крошечного чипа », — объяснил автор и постдок BTI Ши-Чи Сю.
Исследователи сначала проверили систему чипов на водорослях, которые, как известно, растут быстрее или медленнее или производят больше или меньше липидов. Затем они проверили 200000 химически мутировавших клеток, выявив шесть мутантов с более быстрым ростом и более высоким содержанием липидов.
Скрининг, проводимый на чипе, использует флуоресцентное обнаружение хлорофилла, представляющего общую массу клеток, и BODIPY, флуоресцентной молекулы, которая связывается с липидами. Все мутанты с потенциалом улучшенного роста или продукции липидов были выделены и проверены вне чипа.Хотя результаты этого исследования многообещающие, 200000 — это все еще небольшое количество мутантов по сравнению с тем, что необходимо для обнаружения этого штамма суперводорослей. «Самые необычные варианты будут найдены в одном из миллионов или десяти миллионов, поэтому необходимо увеличить пропускную способность», — пояснил старший биолог и президент BTI Дэвид Стерн.
Что интересно, инструменты для повышения пропускной способности уже находятся в разработке, в том числе более крупные чипы, которые могут отсеивать миллионы капель в одном эксперименте. «Такие высокопроизводительные технологии могут быстро ускорить процесс разработки для получения штаммов, более эффективных для использования в производстве биотоплива», — отметил Хан.С открытием и разработкой гораздо более эффективных штаммов водорослей коммерческое производство биотоплива из водорослей, наконец, может стать реальной перспективой.