Al meer dan een decennium, bedrijven hebben een toekomst van hernieuwbare brandstof uit algen beloofd. Investeerders die geïnteresseerd zijn in het verwijderen van fossiele brandstoffen in de wereld hebben honderden miljoenen dollars bijgedragen aan de inspanning, en met goede reden. Algen vermenigvuldigen zich snel, die weinig meer dan water en zonlicht nodig hebben om zich tot enorme hoeveelheden op te hopen, die vervolgens atmosferische CO . omzetten ₂ in lipiden (oliën) die kunnen worden geoogst en gemakkelijk kunnen worden verwerkt tot biodiesel.

Ondanks spraakmakende demonstraties, beloften zijn uitgebleven, en start-ups hebben hun bedrijfsmodellen herzien om de productie van speciale lipiden op te nemen, zoals die worden gebruikt in cosmetica en zepen. Toch blijft de droom bestaan ​​om op commerciële schaal hernieuwbare energie te produceren, naarmate nieuwe technologieën opduiken die uiteindelijk biobrandstoffen uit algen naar een concurrerende niche op de markt kunnen leiden.

Een van de vele verbeteringen die nodig zijn voor een duurzame productie van biobrandstof voor algen, is de ontwikkeling van betere algen. Deze week, onderzoekers van Boyce Thompson Institute en Texas A&M University rapporteren in Direct planten opwindende nieuwe technologie die een revolutie teweeg kan brengen in de zoektocht naar de perfecte algenstam:algendruppelbioreactoren op een chip.

Een enkele algencel wordt gevangen in een klein druppeltje water ingekapseld door olie - stel je de kleine druppeltjes voor die zich vormen wanneer je plantaardige olie met water mengt - en dan knijpen miljoenen algendruppeltjes op een chip ter grootte van een kwart. Elke druppel is een microbioreactor, een sterk gecontroleerde omgeving waarin algencellen meerdere dagen kunnen groeien en repliceren, het vormen van een genetisch homogene kolonie die zijn typische biologische reacties doormaakt, inclusief de productie van lipiden.

"Dit is het eerste microsysteem dat zowel lipide-inhoudanalyse als groeisnelheidmeting bij hoge doorvoer mogelijk maakt, terwijl eerder werk alleen het een of het ander kon doen, " merkte senior auteur en ingenieur op, Arum Han van de Texas A&M University.

Wetenschappers haasten zich om een ​​superalgenstam te identificeren die zich sneller kan voortplanten en meer lipiden per cel kan produceren. Deze zomer, ExxonMobil heeft de ontdekking aangekondigd van een stam met een enkele genetische modificatie die twee keer zoveel lipideproductie per cel mogelijk maakt. Maar dit is slechts een stap in de goede richting, aangezien duizenden genen potentieel hebben om beide eigenschappen verder te verbeteren.

Met de huidige technologieën voor het bewerken van genen, het modificeren van algengenen kan relatief eenvoudig zijn; echter, identificeren op welke genen moet worden getarget, is tijdrovend en kostbaar. Het blootstellen van een algencultuur aan een mutageen levert miljoenen unieke, potentieel verbeterde algencellen die elk moeten worden getest op expressie van een gewenste eigenschap, zoals verhoogde lipidenproductie. Gemuteerde genen kunnen vervolgens worden geïdentificeerd door middel van sequencing van het hele genoom.

"Het belangrijkste is om een ​​tool te ontwikkelen die miljoenen cellen kan screenen in een veel korter tijdsbestek en een kleinere ruimte. In een chip die miljoenen druppeltjes cellen bevat, elke druppel is als een kolf of een bioreactor, en dat is hoe we sneller resultaten kunnen krijgen met slechts een kleine chip, " legde auteur en BTI-postdoc uit, Shih-Chi Hsu.

De onderzoekers valideerden eerst het chipsysteem met algen waarvan bekend is dat ze sneller of langzamer groeien, of meer of minder lipiden produceren. Vervolgens screenden ze 200, 000 chemisch gemuteerde cellen, het identificeren van zes mutanten met zowel snellere groei als een hoger lipidegehalte. De vertoning, op chip gedaan, maakt gebruik van fluorescentiedetectie van chlorofyl, die de totale celmassa vertegenwoordigen, en LICHAAM, een fluorescerend molecuul dat bindt aan lipiden. Alle mutanten met potentieel voor verbeterde groei of lipideproductie werden teruggevonden en off-chip geverifieerd.

Hoewel de resultaten van dit onderzoek veelbelovend zijn, 200, 000 is nog steeds een laag aantal mutanten vergeleken met wat nodig is om die superalgenstam te vinden. "De meest bijzondere varianten zijn te vinden in één op de miljoen, of tien miljoen, dus de doorvoer moet worden versneld, " verklaarde senior bioloog en BTI-president, David Stern.

Opwindend, de tools voor het verbeteren van de doorvoer zijn al in ontwikkeling, inclusief grotere chips die miljoenen druppels in één experiment kunnen screenen. "Dergelijke high-throughput-technologieën kunnen het ontwikkelingsproces snel versnellen om stammen te verkrijgen die efficiënter zijn voor gebruik in de productie van biobrandstoffen, ’ merkte Han op.

Met de ontdekking en ontwikkeling van veel efficiëntere algenstammen, productie op commerciële schaal van biobrandstof uit algen kan eindelijk een realistische belofte zijn.