Inżynieria mikroalg dla bardziej ekologicznej produkcji biomasy i biopaliw
Celem projektu 'Towards a better sunlight to biomass conversion efficiency in microalgae' (SUNBIOPATH) było zwiększenie uzysku biomasy z dwóch gatunków mikroalg zielonych: Chlamydomonas reinhardtii I Dunaliella salina. Badacze analizowali fotochemię I proces wychwytu energii słonecznej w związkach gromadzących energię świetlną obecnych w chloroplastach tych alg. Badano też szlaki biochemiczne I mechanizmy sygnalizacji wpływające na syntezę ATP w komórce algi. Zwiększając skalę doświadczeń, dokonano oceny optymalnych warunków dla rozwoju wybranych zmutowanych szczepów mikroalg I maksymalizacji ich wydajności fotokonwersji w fotobioreaktorach o różnej wielkości (do 250 litrów). W procesie oceny wydajności uwzględniano między innymi produkcję biometanu, redukcję emisji dwutlenku węgla (CO2) I uzysk biomasy. Partnerzy projektu przygotowali mikrospektrofotometr z komputerowym wspomaganiem wykrywania mutantów fotosyntetycznych. Aparatura posłużyła do przeanalizowania ponad 10 000 transformantów, czyli komórek zdolnych do ekspresji genów z wprowadzonego do nich DNA. Jeden z czterech wyodrębnionych mutantów zawierał zmodyfikowany gen PTOX2 kodujący oksydazę plastochinolu — enzym wpływający na wydajność fotosyntezy. Zmiany w pozostałych trzech mutantach dotyczyły czułków z receptorami światła. Analiza wykazała, że uzyskanie komórek z mniejszymi czułkami z receptorami światła mogłoby spowodować przenikanie światła do głębszych warstw fotobioreaktorów, co zwiększyłoby wydajność fotosyntezy. Aby wykorzystać te zalety w praktyce, opracowano reaktor z falami powierzchniowymi, który maksymalizuje wzrost zmutowanych alg z mniejszymi czułkami. Scharakteryzowano występujące w czułkach białko Lhc odpowiedzialne za wiązanie pigmentów, w tym chlorofilu I karotenoidów, oraz zbadano dwa czynniki wpływające na jego ekspresję (białka Nab1 I Cas). Wyniki pozwoliły uzyskać nowe spojrzenie na mechanizmy regulowania reakcji na światło w mikroalgach C. reinhardtii. Partnerzy projektu zidentyfikowali też sześć enzymów kontrolujących tempo wiązania CO2 podczas fotosyntezy w chloroplastach. Aby usprawnić wiązanie CO2, zaprojektowano metodę bezpośredniej ekspresji jednego z tych enzymów. Projekt SUNBIOPATH przyczyni się do opracowania nowych rozwiązań zwiększających wartość biomasy z mikroalg dzięki wykorzystaniu inżynierii genetycznej do modyfikacji chloroplastów I produkcji biometanu. Stworzenie biopaliw generowanych przez mikroalgi przyczyni się do zmniejszenia uzależnienia od paliw kopalnych I ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
