Ett tvärinstitutionellt samarbete har utvecklat en teknik för att fördela kolresurser från kolhydrater till lipider i mikroalger. Man hoppas att denna metod kan tillämpas på produktion av biobränslen. Denna upptäckt var resultatet av ett samarbete mellan en forskargrupp vid Kobe University's Engineering Biology Research Center bestående av projektassistent professor Kato Yuichi och professor Hasunuma Tomohisa et al., och seniorforskaren Satoh Katsuya et al. vid Takasaki Advanced Radiation Research Institute vid Quantum Beam Science Research Directorate (nationella institut för kvant- och radiologisk vetenskap och teknik).

Dessa forskningsresultat publicerades i den internationella akademiska tidskriften Kommunikationsbiologi .

Biobränslen är förnybara resurser som har fått stor uppmärksamhet i utvecklingen mot att skapa mer hållbara samhällen. Mikroalger är fotosyntetiska organismer som är mycket kapabla att producera lipider från koldioxid i atmosfären, vilket gör dem till lovande kandidater för produktion av biobränslen. Dock, en forskargrupp vid Kobe -universitetet bestående av projektassistentprofessor Kato Yuichi och professor Hasunuma Tomohisa et al. upptäckte att majoriteten av koldioxidresurserna avleddes till stärkelseproduktion istället för lipidproduktion under ljusa/mörka förhållanden (dvs. dag och natt). Detta är ett problem när man odlar mikroalger utanför.

Forskningsmetodik

För denna forskningsstudie, Projektassistent professor Kato och professor Hasunumas forskargrupp vid Kobe -universitetet samarbetade med seniorforskaren Satoh et al. vid National Institute for Quantum and Radiological Science and Technology (QST). Forskarna använde jonstrålen vid QST:s Takasaki Advanced Radiation Research Institute för att framkalla mutation i mikroalgerna. Detta gjorde att de kunde odla en ny mutant stam som heter Chlamydomonas sp. KOR1, som kan producera stora mängder lipider även i ljusa/mörka förhållanden.

Forskarna upptäckte att denna KOR1 -stam har störningar i stärkelseförgreningsenzymgenen ISA1, får det att producera ett annat kolhydrat:fytoglykogen istället för stärkelse (figur 1).

I vanliga fall, mikroalger syntetiserar och ackumulerar kolhydrater (stärkelse) under ljusperioder och bryter ner dem när det är mörkt. Dock, många kolhydrater ackumuleras som inte kan brytas ner helt. I motsats till detta, kolhydraterna som syntetiseras av KOR1 (fytoglykogen) bryts helt ned under den mörka perioden. Resultaten av KOR1-metabolomanalysen avslöjade en total ökning av mellanliggande metaboliter i både stärkelse- och lipidsyntesvägarna (mellanliggande metaboliter inkluderade fruktos-6-fosfat, glukos-6-fosfat, acetyl-CoA och glycerol 3-fosfat). Från denna analys, forskarna belyste den metaboliska mekanismen som ligger bakom den ökade lipidproduktionen som berodde på ISA1 -genstörning. I stammen KOR1, kolhydraterna (fytoglykogen) bryts snabbt ner och mellanliggande metaboliter inducerade därefter kolresursen att fördelas till lipidproduktion (figur 2).

För att producera biobränslen med hjälp av mikroalger, det är nödvändigt att odla dessa organismer ute i solljuset. Dock, det finns en oundviklig minskning av lipidproduktionen under dessa ljus/mörka förhållanden. Tekniken att ”dela upp koldioxidresurser genom att störa den stärkelseförgrenande enzymgenen” som utvecklats genom denna forskning är ett svar på detta problem. Man hoppas att denna nya metod kan bidra till ett storskaligt genomförande av biobränsleproduktion med hjälp av mikroalger.