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藍光基因傳感器使工業微藻的油產量翻倍
來源:賽斯維傳感器網 發表于 2022/4/14

BLIO 技術探索了一種“基因開關”來解鎖微藻中的石油生產。圖片來源:劉洋和張鵬

微藻,肉眼看不到的藻類,吸收二氧化碳并產生可用作生物燃料的油。這些生物燃料可能是碳負的,有望成為傳統化石燃料的替代品。然而,允許這些微藻生產油的生物過程尚不完全清楚。


現在,由中國科學院青島生物能源與過程技術研究所(QIBEBT)徐健教授領導的研究小組發現了一種調節工業微藻中油合成的藍光基因傳感器,并探索了這一發現,以使油的微藻生產力翻倍。


他們提出了一種稱為藍光誘導油合成 (BLIO) 的新技術,該技術對基于微藻的二氧化碳轉化為生物燃料具有重要意義。


他們的研究結果發表在 3 月 29 日的Nature Communications雜志上。


在被稱為產油微藻的產油藻類中,營養缺乏、高光或高溫等環境壓力通常會導致油類積聚。這些高能量密度油是三酰基甘油 (TAG),生物柴油的前體。由于微藻生長迅速且含油量高,微藻是用于生產 TAG 的有前途的原料。


科學家們早就知道,石油生產是微藻細胞對環境壓力的反應的一部分,但是利用這些知識來提高石油生產力是困難的,因為他們對這一過程的工作原理缺乏充分的了解。


QIBEBT 研究團隊長期以來一直在尋找一種更好的方法來誘導微藻中的石油生產力。QIBEBT 單細胞博士后研究員張鵬說:“新的環境刺激可以有效和控制細胞 TAG 組裝,同時又不影響生物質生產力,這是非常可取的。”


十多年來,該團隊一直在研究工業含油微藻 Nannochloropsis oceanica,這是一種海洋微藻,可以從海水和 CO 2中生產出高價值的油類。


他們為尋找一種可以控制石油生產的新刺激措施的漫長旅程使他們獲得了藍光。研究小組發現了一個以前未知的“BlueLight-NobZIP77-NoDGAT2B”通路。


當氮等營養物質豐富時,一種名為 NobZIP77 的藍光感應調節劑會通過 NoDGAT2B 等產油酶的表達來關閉微藻中 TAG 的產生。“然而,當氮耗盡時,通常吸收藍光的葉綠素 a 會減少,導致更多藍光進入 NobZIP77 所在的細胞核。NobZIP77 更多地暴露在藍光下會釋放其對 TAG 合成酶的作用,并且釋放 NoDGAT2B 以產生更多標簽。” 張鵬解釋道。


“這種將光感應與 TAG 合成聯系起來的簡潔機制以前并不為人所知,因此非常令人興奮,”單細胞副教授 Xin Yi 補充道。


基于這些發現,該團隊發明了 BLIO 技術,其中去除 NobZIP77 的微藻首先暴露于白光,然后暴露于藍光。這導致 TAG 的峰值生產力水平是恒定白光下未修飾微藻的兩倍。


“光質量是一種非常理想的控制工具。因此,我們在這項研究中的發現為原料開發、光生物反應器設計或生物過程控制指明了一個新方向,”單細胞負責人、該研究的作者徐健說。研究。


研究人員認為,這種遺傳機制廣泛存在于微藻和高等植物中,并設想未來 BLIO 技術及其變體有助于將 CO 2轉化為油或其他大分子的情況。

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