Качество света

Быстрорастущие бактерии, обитающие в океане и способные производить себе пищу, перспективны как организмы-хозяева для производства химикатов, биотоплива и лекарств. Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Университета штата Пенсильвания детально изучают один из таких фотосинтезирующих видов цианобактерий, используя передовые инструменты, разработанные в PNNL, чтобы определить оптимальные условия для рекордного роста и продуктивности. Их работа о том, как цианобактерии реагируют на разные длины волн света как на критический ресурс, недавно была представлена в Frontiers in Microbiology.

Использование биотоплива на основе цианобактерий в промышленных масштабах может снизить уровень загрязнения от ископаемого топлива, обеспечить устойчивый источник энергии и уменьшить энергозависимость. Сложность заключалась в поиске подходящего организма, который можно было бы выращивать достаточно быстро и экономически эффективно для удовлетворения промышленного спроса. Изученный штамм цианобактерий Synechococcus sp. PCC 7002 растет со скоростью, которая входит в число самых высоких, зарегистрированных для фотосинтезирующих микроорганизмов. Понимая, как цианобактерия адаптируется к изменяющимся условиям окружающей среды, исследователи могут оптимизировать ее рост и продуктивность.

«Понимание фундаментальных основ, определяющих скорость роста цианобактерий, дает представление о биологическом плане фотосинтезирующих организмов», — сказал доктор Алекс Белиаев из PNNL, ведущий ученый проекта.

Доктор Ханс Бернстайн, научный сотрудник имени Линуса Полинга в PNNL, который помогал руководить исследованием, добавил: «Более глубокое понимание базовой биологии этого организма помогает нам разрабатывать решения для эффективного производства возобновляемой энергии и в конечном итоге позволит создавать новые технологии на основе микробных сообществ».

Исследователи использовали усовершенствованный фотобиореактор, созданный в PNNL, который впервые позволил провести такое исследование. Эта непрерывная система имитирует естественную среду для организма, позволяя ученым варьировать такие параметры, как пища, вода, воздух и свет. В этом исследовании ученые внимательно отслеживали скорость роста цианобактерии под действием света определенных длин волн (пигмент-специфичного), подаваемого от массивов светодиодов. Суспензии цианобактерий подвергали воздействию оранжевого света, красного света и их комбинации в течение нескольких недель. Они обнаружили, что организм экспрессирует и регулирует разные молекулярные механизмы для обработки оранжевого и красного света, при этом комбинация двух пигмент-специфичных источников света дала наивысшую общую скорость роста.

Команда PNNL углубляет понимание биологии и экологии цианобактерий не только для технологий на основе одного организма, но и как двигателей, которые будут управлять целыми микробными сообществами, что позволит разрабатывать более совершенные биотехнологии в таких областях, как топливо, медицина и промышленные процессы.