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Towards improving biofuel production - Oil synthesis and accumulation pathways in promising oleaginous microalgae

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Öl aus Algen herstellen

Mikroalgen, die unter Stress Öle synthetisieren, weisen einen möglichen neuen Weg zur Produktion von Biokraftstoffen unter Einsatz genetisch veränderter Pflanzen. EU-Forscher untersuchten die genetischen und zellulären Mechanismen, die der Ölsynthese in einer derartigen Alge zugrundeliegen.

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Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Mikroskopisch kleine Algen, die Photosynthese betreiben, gelten als eine brauchbare und nachhaltige Rohstoffquelle für Biokraftstoffe, da sie pro Fläche mehr Biomasse als Pflanzen produzieren können. Rohstoff ist biologisches Material, das direkt als Brennstoff verwendet oder in eine andere Form der Energie umgewandelt werden kann. Ölhaltige Mikroalgen sind mikroskopische Algen, die das Potenzial haben, hohe Ölgehalte zu produzieren. Eines ihrer zentralen Besonderheiten besteht darin, dass sie unter extremen Umweltbedingungen erhebliche Mengen an Lipiden (20 bis 50 % ihres Trockengewichts) erzeugen. Diese Lipide liegen hauptsächlich in Form von Triacylglycerolen vor, die wertvolle Kraftstoffvorstufen sind. Die von der EU finanzierte Initiative ALGAEOILSYNTH (Towards improving biofuel production - Oil synthesis and accumulation pathways in promising oleaginous microalgae) führte zelluläre, molekulare und genetische Analysen durch, um zu verstehen, auf welche Weise ölhaltige photosynthetische Mikroalgen in ihren Zellen Öl produzieren und ansammeln. In diesem Zusammenhang charakterisierten die Wissenschaftler Nannochloropsis oceanica, eine einzellige Grünalge, die unter Stress eine außerordentlich hohe Konzentration an Triacylglycerolen produziert. Das Genom dieser Alge umfasst 13 für die Triacylglycerolsynthese verantwortliche enzymkodierende Gene, die als DGAT-kodierende Gene (Diacylglycerolacyltrasferase) bezeichnet werden. Zur Ermittlung der unter Nährstoffstress an der Triacylglycerolsynthese beteiligten Gene bauten die Wissenschaftler N. oceanica unter Stickstoffmangelbedingungen sowie optimalen Bedingungen an. Expressionsprofile der DGAT-kodierenden Gene wurden in beiden Algengruppen verglichen. Die Resultate ließen sechs DGAT-kodierende Gene erkennen, die, wenn N. oceanica unter Stickstoffmangel leidet, an der Triacylglycerolsynthese beteiligt sind. Die Unterschiede zwischen den zwei Zuständen fielen für ein DGAT-kodierendes Gen besonders stark ins Gewicht, das einen 20-fachen Anstieg in seinem maximalen Expressionsniveau aufwies. Die Wissenschaftler führten weitere Experimente durch, die untermauerten, dass in diesem Gen Potenzial für genetisches Engineering der Triacylglycerolsynthese bei weiteren Organismen steckt. ALGAEOILSYNTH hat neues Wissen über die Lipidsynthese in ölhaltigen Mikroalgen eingebracht und zeigt damit einen neuartigen Ansatz für Gentechnik auf, um in globalem Maßstab die Biokraftstoffproduktion steigern zu können. Das im Rahmen dieses Projekts identifizierte DGAT-kodierende Gen ist ein mögliches Werkzeug für die zukünftige Forschung in Bezug auf die Steigerung der Energiedichte derartiger transgener Nutzpflanzen.

Schlüsselbegriffe

Biokraftstoff, Ölsynthese, ölhaltige Mikroalgen, ALGAEOILSYNTH, Triacylglyceridsynthese, Triacylglycerolsynthese

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