I över ett decennium, företag har lovat en framtid med förnybart bränsle från alger. Investerare som är intresserade av att flytta världen bort från fossila bränslen har bidragit med hundratals miljoner dollar till ansträngningen, och med goda skäl. Alger replikerar snabbt, kräver lite mer än vatten och solljus för att ackumuleras till enorma mängder, som sedan omvandlar atmosfärisk CO ₂ till lipider (oljor) som kan skördas och lätt bearbetas till biodiesel.

Trots uppmärksammade demonstrationer, löften har svikit, och nystartade företag har reviderat affärsmodeller för att inkludera produktion av speciallipider, som de som används i kosmetika och tvål. Ändå består drömmen om att producera förnybar energi i kommersiell skala, när ny teknik dyker upp som äntligen kan leda algbiobränslen mot en konkurrenskraftig nisch på marknaden.

En av många förbättringar som krävs för en hållbar produktion av algbiobränsle är utvecklingen av bättre alger. Denna vecka, forskare från Boyce Thompson Institute och Texas A&M University rapporterar i Plant direkt spännande ny teknik som kan revolutionera sökandet efter den perfekta algstammen:Algdroppar bioreaktorer på ett chip.

En enda algcell fångas i en liten droppe vatten inkapslad av olja - föreställ dig de små dropparna som bildas när du blandar vegetabilisk olja med vatten - sedan kläms miljontals algdroppar på ett chip som är ungefär lika stort som en fjärdedel. Varje droppe är en mikrobioreaktor, en mycket kontrollerad miljö där algceller kan växa och replikera i flera dagar, bildar en genetiskt homogen koloni som genomgår sina typiska biologiska reaktioner, inklusive produktion av lipider.

"Detta är det första mikrosystemet som tillåter både lipidhaltsanalys och tillväxthastighetsmätning vid hög genomströmning, medan tidigare arbete bara kunde göra det ena eller det andra, " anmärkte senior författare och ingenjör, Arum Han från Texas A&M University.

Forskare tävlar om att identifiera en superalgstam som kan föröka sig snabbare och producera mer lipid per cell. Den här sommaren, ExxonMobil tillkännagav upptäckten av en stam med en enda genetisk modifiering som möjliggör dubbelt så mycket lipidproduktion per cell. Men detta är bara ett steg i rätt riktning, eftersom tusentals gener har potential för att ytterligare förbättra båda egenskaperna.

Med dagens genredigeringsteknik, att modifiera alggener kan vara relativt enkelt; dock, att identifiera vilka gener som ska riktas mot är tidskrävande och kostsamt. Att utsätta en algkultur för en mutagen ger miljontals unika, potentiellt förbättrade algceller som var och en måste testas för uttryck av en önskad egenskap, såsom ökad lipidproduktion. Muterade gener kan sedan identifieras genom hel-genomsekvensering.

"Det viktiga är att utveckla ett verktyg som kan screena miljontals celler på en mycket kortare tidsram och ett mindre utrymme. I ett chip som innehåller miljontals droppar av celler, varje droppe är som en kolv eller en bioreaktor, och det är så vi kan få resultat snabbare från bara ett litet chip, " förklarade författaren och BTI post-doc, Shih-Chi Hsu.

Forskarna validerade först chipsystemet med alger som är kända för att växa snabbare eller långsammare, eller producera mer eller mindre lipid. De visade sedan 200, 000 kemiskt muterade celler, identifiera sex mutanter med både snabbare tillväxt och högre lipidhalt. Visningen, gjort på chip, använder fluorescensdetektion av klorofyll, representerar total cellmassa, och BODIPY, en fluorescerande molekyl som binder till lipider. Alla mutanter med potential för förbättrad tillväxt eller lipidproduktion återvanns och verifierades off-chip.

Även om resultaten av denna studie är lovande, 200, 000 är fortfarande ett lågt antal mutanter jämfört med vad som behövs för att hitta den superalgstammen. "De mest extraordinära varianterna kommer att finnas i en på en miljon, eller tio miljoner, så genomströmningen måste accelereras, " förklarade senior biolog och BTI-president, David Stern.

Spännande nog, verktygen för att förbättra genomströmningen är redan under utveckling, inklusive större chips som kan screena miljontals droppar i ett experiment. "Sådan högkapacitetsteknik kan snabbt påskynda utvecklingsprocessen för att erhålla stammar som är mer effektiva för användning i biobränsleproduktion, " anmärkte Han.

Med upptäckten och utvecklingen av mycket effektivare algstammar, Kommersiell produktion av biobränsle från alger kan äntligen vara ett realistiskt löfte.