Морские водоросли как биотопливо: метаболическая инженерия делает это возможным

Красные водоросли могут стать жизнеспособным источником биотоплива в будущем. Учёный из Университета Иллинойса создал штамм дрожжей, который эффективно сбраживает галактозу, что делает это утверждение однозначным "да".

"Когда американцы думают о биотопливных культурах, они представляют кукурузу, мискантус и просо. Однако для небольших островных или полуостровных государств очевидным выбором является морская биомасса", — отметил Йонг-Су Джин, доцент микробной геномики.

Производители биотоплива из наземной биомассы сталкиваются с трудностями при расщеплении устойчивых волокон и извлечении сбраживаемых сахаров. Жёсткие процессы предварительной обработки, используемые для высвобождения сахаров, также приводят к образованию токсичных побочных продуктов, которые ингибируют последующее микробное брожение.

В отличие от этого, морскую биомассу можно легко разложить до сбраживаемых сахаров, а её продуктивность и ареал распространения выше, чем у наземной биомассы.

"Однако создание биотоплива из красных водорослей было проблематичным, потому что процесс даёт и глюкозу, и галактозу, а сбраживание галактозы до сих пор было очень неэффективным", — пояснил Джин.

Исследователи идентифицировали три гена в Saccharomyces cerevisiae (микроорганизме, наиболее часто используемом для ферментации сахаров), сверхэкспрессия которых увеличила эффективность брожения галактозы на 250% по сравнению с контрольным штаммом.

"Это открытие значительно улучшает экономическую жизнеспособность морского биотоплива", — заявил учёный.

Сверхэкспрессия одного конкретного гена — усечённой формы гена TUP1 — привела к резкому росту показателей сбраживания галактозы. Новый штамм потреблял оба сахара (глюкозу и галактозу) почти в три раза быстрее, чем контрольный штамм — за 8 часов против 24.

"Когда мы нацелились на этот белок, метаболические ферменты в галактозе стали очень активными. Мы видим, что этот ген является частью регулирующей или контролирующей системы", — объяснил Джин.

Галактоза — один из самых распространённых сахаров в морской биомассе, поэтому её улучшенная ферментация будет промышленно полезной для производителей биотоплива из водорослей.

Морская биомасса является привлекательным возобновляемым источником для производства биотоплива по трём причинам:

• Урожайность морской растительной биомассы на единицу площади намного выше, чем у наземной биомассы.
• Морскую биомассу можно относительно легко деполимеризовать по сравнению с другими биомассовыми культурами, поскольку она не содержит устойчивых лигнина и кристаллических структур целлюлозы.
• Скорость фиксации углекислого газа морской биомассой намного выше, чем наземной, что делает её привлекательным вариантом для секвестрации и рециклинга CO₂.