Een interinstitutionele samenwerking heeft een techniek ontwikkeld om koolstofbronnen te herverdelen van koolhydraten naar lipiden in microalgen. Het is te hopen dat deze methode kan worden toegepast op de productie van biobrandstoffen. Deze ontdekking was het resultaat van een samenwerking tussen een onderzoeksgroep van het Engineering Biology Research Center van Kobe University, bestaande uit projectassistent-professor Kato Yuichi en professor Hasunuma Tomohisa et al., en senior onderzoeker Satoh Katsuya et al. aan het Takasaki Advanced Radiation Research Institute van het Quantum Beam Science Research Directorate (nationale instituten voor kwantum- en radiologische wetenschap en technologie).

Deze onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het internationale academische tijdschrift Communicatiebiologie .

Biobrandstoffen zijn hernieuwbare bronnen die veel aandacht hebben gekregen in de richting van het creëren van duurzamere samenlevingen. Microalgen zijn fotosynthetische organismen die zeer goed in staat zijn lipiden te produceren uit kooldioxide in de atmosfeer, waardoor ze veelbelovende kandidaten zijn voor de productie van biobrandstoffen. Echter, een onderzoeksgroep van Kobe University, bestaande uit projectassistent-professor Kato Yuichi en professor Hasunuma Tomohisa et al. ontdekte dat de meeste koolstofbronnen werden omgeleid naar zetmeelproductie in plaats van lipidenproductie onder lichte/donkere omstandigheden (d.w.z. dag en nacht). Dit is een probleem bij het buiten kweken van microalgensoorten.

onderzoeksmethode

Voor deze onderzoeksstudie is Projectassistent-professor Kato en professor Hasunuma's Kobe University-onderzoeksgroep werkten samen met Senior Researcher Satoh et al. bij de National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST). De onderzoekers gebruikten de ionenbundel bij QST's Takasaki Advanced Radiation Research Institute om mutaties in de microalgen te induceren. Dit stelde hen in staat om een ​​nieuwe mutante stam te kweken genaamd Chlamydomonas sp. KOR1, die zelfs in lichte/donkere omstandigheden grote hoeveelheden lipiden kan produceren.

De onderzoekers ontdekten dat deze KOR1-stam verstoringen heeft in het zetmeelonttakkende enzymgen ISA1, waardoor het een ander koolhydraat produceert:fytoglycogeen in plaats van zetmeel (Figuur 1).

Normaal gesproken, microalgen synthetiseren en accumuleren koolhydraten (zetmeel) tijdens lichte perioden en breken ze af wanneer het donker is. Echter, veel koolhydraten stapelen zich op die niet volledig kunnen worden afgebroken. In tegenstelling hiermee, het door KOR1 gesynthetiseerde koolhydraat (fytoglycogeen) werd tijdens de donkere periode volledig afgebroken. De resultaten van de KOR1-metaboloomanalyse onthulden een totale toename van intermediaire metabolieten in zowel de zetmeel- als de lipidesyntheseroutes (intermediaire metabolieten omvatten fructose-6-fosfaat, glucose-6-fosfaat, acetyl-CoA en glycerol-3-fosfaat). Uit deze analyse blijkt de onderzoekers belichtten het metabolische mechanisme dat ten grondslag ligt aan de verhoogde lipideproductie die het gevolg was van verstoring van het ISA1-gen. In de KOR1-stam, het koolhydraat (fytoglycogeen) werd snel afgebroken en intermediaire metabolieten zorgden er vervolgens voor dat de koolstofbron opnieuw werd verdeeld in lipidenproductie (Figuur 2).

Om biobrandstoffen te produceren met behulp van microalgen, het is noodzakelijk om deze organismen buiten in het zonlicht te kweken. Echter, er is een onvermijdelijke afname van de lipidenproductie onder deze licht/donkere omstandigheden. De in dit onderzoek ontwikkelde techniek om koolstofbronnen te herpartitioneren door het zetmeelonttakkingsenzymgen te verstoren, is een antwoord op dit probleem. Gehoopt wordt dat deze nieuwe methode kan bijdragen aan de grootschalige implementatie van biobrandstofproductie met behulp van microalgen.