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蓝光基因传感器使工业微藻的油产量翻倍
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/4/14

blio 技术探索了一种“基因开关”来解锁微藻中的石油生产。图片来源:刘洋和张鹏

微藻,肉眼看不到的藻类,吸收二氧化碳并产生可用作生物燃料的油。这些生物燃料可能是碳负的,有望成为传统化石燃料的替代品。然而,允许这些微藻生产油的生物过程尚不完全清楚。


现在,由中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所(qibebt)徐健教授领导的研究小组发现了一种调节工业微藻中油合成的蓝光基因传感器,并探索了这一发现,以使油的微藻生产力翻倍。


他们提出了一种称为蓝光诱导油合成 (blio) 的新技术,该技术对基于微藻的二氧化碳转化为生物燃料具有重要意义。


他们的研究结果发表在 3 月 29 日的nature communications杂志上。


在被称为产油微藻的产油藻类中,营养缺乏、高光或高温等环境压力通常会导致油类积聚。这些高能量密度油是三酰基甘油 (tag),生物柴油的前体。由于微藻生长迅速且含油量高,微藻是用于生产 tag 的有前途的原料。


科学家们早就知道,石油生产是微藻细胞对环境压力的反应的一部分,但是利用这些知识来提高石油生产力是困难的,因为他们对这一过程的工作原理缺乏充分的了解。


qibebt 研究团队长期以来一直在寻找一种更好的方法来诱导微藻中的石油生产力。qibebt 单细胞博士后研究员张鹏说:“新的环境刺激可以有效和控制细胞 tag 组装,同时又不影响生物质生产力,这是非常可取的。”


十多年来,该团队一直在研究工业含油微藻 nannochloropsis oceanica,这是一种海洋微藻,可以从海水和 co 2中生产出高价值的油类。


他们为寻找一种可以控制石油生产的新刺激措施的漫长旅程使他们获得了蓝光。研究小组发现了一个以前未知的“bluelight-nobzip77-nodgat2b”通路。


当氮等营养物质丰富时,一种名为 nobzip77 的蓝光感应调节剂会通过 nodgat2b 等产油酶的表达来关闭微藻中 tag 的产生。“然而,当氮耗尽时,通常吸收蓝光的叶绿素 a 会减少,导致更多蓝光进入 nobzip77 所在的细胞核。nobzip77 更多地暴露在蓝光下会释放其对 tag 合成酶的作用,并且释放 nodgat2b 以产生更多标签。” 张鹏解释道。


“这种将光感应与 tag 合成联系起来的简洁机制以前并不为人所知,因此非常令人兴奋,”单细胞副教授 xin yi 补充道。


基于这些发现,该团队发明了 blio 技术,其中去除 nobzip77 的微藻首先暴露于白光,然后暴露于蓝光。这导致 tag 的峰值生产力水平是恒定白光下未修饰微藻的两倍。


“光质量是一种非常理想的控制工具。因此,我们在这项研究中的发现为原料开发、光生物反应器设计或生物过程控制指明了一个新方向,”单细胞负责人、该研究的作者徐健说。研究。


研究人员认为,这种遗传机制广泛存在于微藻和高等植物中,并设想未来 blio 技术及其变体有助于将 co 2转化为油或其他大分子的情况。

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