Углерод — ключ к увеличению производства масла водорослями
Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) опровергли два давних заблуждения о производстве масла у водорослей. Они показали, что увеличение общего метаболизма микроорганизмов путём добавления большего количества углерода повышает выход масла, при этом водоросли продолжают расти. Результаты, опубликованные 28 мая 2012 года в журнале Plant and Cell Physiology, могут указать новые пути превращения фотосинтезирующих зелёных водорослей в «зелёные фабрики» для производства сырья для альтернативных топлив.
Проблема предпочтения крахмала
Водоросли эффективно превращают CO2 в молекулы с углеродными цепями, такие как крахмал и масла. Масло водорослей, с его энергетической плотностью в 8 раз выше, чем у крахмала, — идеальное сырьё для биодизеля. Однако в норме водоросли производят очень мало масла, предпочитая направлять углерод на синтез крахмала. Ранее единственным известным способом увеличить производство масла было лишение водорослей ключевых питательных веществ, например, азота. Это останавливало рост, что неприемлемо для непрерывного производства.
Эксперимент с Chlamydomonas reinhardtii
Учёные выращивали культуры модельных водорослей Chlamydomonas reinhardtii и их мутантной формы, неспособной производить крахмал, в различных питательных условиях. Сравнивая накопление масла, они выяснили, почему углерод идёт преимущественно в крахмал.
Ключевая роль углерода
Основное открытие: добавление большего количества углерода (в форме ацетата) быстро насыщает производство крахмала, после чего любой дополнительный углерод направляется на усиленный синтез масла. Важнейший результат — в условиях избытка углерода и без депривации питательных веществ микробы продолжали расти, одновременно производя масло.
«Это опровергает ранее существовавшую догму о том, что рост водорослей и увеличение производства масла являются взаимоисключающими», — заявил ведущий автор Чангченг Сюй.
Количество углерода было ключевым фактором, определяющим выход масла: больше углерода — больше масла. Это стало сюрпризом, так как многие подходы к увеличению производства масла были сосредоточены на ферментах, участвующих в синтезе жирных кислот и масел. В данном исследовании ингибирование производства ферментов почти не повлияло на выход масла.
Отличие от высших растений
У высших растений лимитирующим фактором являются ферменты, непосредственно участвующие в биосинтетическом пути масла. У водорослей лимитирующий этап находится не в самом биосинтезе масла, а раньше, в центральном метаболизме. Это сближает метаболизм водорослей с человеческим: потребление большего количества богатых углеродом углеводов подталкивает наш метаболизм к увеличению производства и накопления жира.
Следующие шаги
Команда планирует детальнее изучить различия в распределении углерода у водорослей и растений, а также применить полученные знания на модельном виде для повышения урожайности коммерческих штаммов водорослей для производства сырья для биотоплива.