Ископаемое топливо, несмотря на то, что является преобладающим источником энергии, связано со значительными вредными последствиями для окружающей среды. Это подстегнуло поиск устойчивых и экономически жизнеспособных энергетических альтернатив, причем биотопливо становится многообещающим вариантом.
Текущие исследования в области биотоплива в первую очередь сосредоточены на производстве биодизеля из растительного масла. Хотя несколько видов показали положительные результаты в качестве биотоплива, использование съедобного растительного сырья вызвало споры из-за потенциальной конкуренции с продовольственным снабжением.
В качестве альтернативы предлагается использование некоторых организмов, таких как дрожжи, микроводоросли и цианобактерии, которые показали значительный потенциал для устойчивого производства биотоплива.
Для производства биотоплива из цианобактерий крайне важно выявить эффективные штаммы и разработать стратегии культивирования, которые оптимизируют рост клеточной биомассы и накопление углеводов и липидов. Цианобактерии обычно производят липиды, составляющие около 30 % их биомассы, при этом состав жирных кислот варьируется в зависимости от вида и экологических стрессоров, которым они подвергаются.
Оптимизация продуктивности липидов включает в себя увеличение плотности клеток, изменение условий, таких как температура, питательные вещества и свет, а также использование генной инженерии. Эти стратегии не только влияют на продуктивность цианобактерий, но и на профиль жирных кислот производимых липидов с помощью ферментов, таких как десатураза жирных кислот, которая играет решающую роль в десатурации углеродной цепи жирных кислот, влияя на качество биодизеля.
Для оптимизации производства углеводов в цианобактериях для производства биотоплива, такого как этанол, изобутанол и пропандиол, используются методы генетического редактирования, такие как нокаут гена, вставка и сверхэкспрессия.
Ученые из Национальной лаборатории Оук-Ридж, ORNL, и Университета Колорадо в Боулдере использовали инструмент подавления генов и большую библиотеку молекулярных гидов, чтобы понять, как фотосинтетические бактерии адаптируются к изменениям света и температуры. Они обнаружили, что даже частичное подавление определенных генов дало большие преимущества в изменении реакции на стресс у диких микробов.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Эта мощная технология обеспечивает более быстрый и комплексный способ воздействия на микробные свойства в целях биотехнологии, обеспечивая более глубокое понимание функций генов , чем традиционное редактирование генома, и ускоряя нашу способность улучшать микробы для производства топлива, химикатов и материалов», - заявила Кэрри Экерт из ORNL.
Ученые применили 10 сигнальных молекул, называемых направляющими РНК, к каждому гену в геноме цианобактерий вместо пяти или менее молекул, которые обычно используются; в общей сложности около 33 000 направляющих РНК. Используя инструмент под названием интерференция CRISPR, они определили гены, подавление которых привело к улучшению роста в сложных условиях. Исследователи применяют эту технику для оптимизации ранее идентифицированных микробов, используемых для производства биотоплива и биопродуктов.
Источник: Oak Ridge National Laboratory. Автор: Стефани Сей.
На фото - направляющая РНК-цепочка, выделенная фиолетовым цветом, направляет CRISPR к цепочке ДНК. Ученые разработали метод идентификации генов, которые можно подавить, чтобы настроить микробов для биотехнологических приложений. Автор: Мишель Леман/ORNL, Министерство энергетики США.
