Japanse onderzoekers hebben blauwalgen aangepast die via fotosynthese vetzuren produceren en uitscheiden. Die vetzuren kunnen dienen als grondstof voor biobrandstoffen, waaronder duurzame vliegtuigbrandstof en dieselalternatieven.
Blauwalgen heten in de wetenschap cyanobacteriën. Het zijn geen echte algen, maar fotosynthetische bacteriën. De studie verscheen in Biotechnology for Biofuels and Bioproducts.
Oogsten maakt algenbrandstoffen duur
Blauwalgen gelden al langer als interessante bron voor biobrandstoffen. Ze gebruiken licht en koolstofdioxide om energierijke stoffen te maken en leggen geen beslag op landbouwgrond die ook voor voedselproductie nodig is.
In veel bestaande onderzoekslijnen blijven die stoffen opgeslagen in de cel. Daardoor moeten grote hoeveelheden organismen worden geoogst, geconcentreerd, gedroogd en opengebroken voordat de bruikbare moleculen beschikbaar komen. Dat maakt de productie ingewikkeld en duur.
Het team rond professor Yoshitaka Nishiyama van Saitama University koos daarom voor een andere route. De onderzoekers wilden dat de blauwalgen de vetzuren niet alleen maken, maar ook zelf naar buiten afgeven. Dan hoeven de cellen niet eerst te worden stukgemaakt om de grondstoffen terug te winnen.
Drie ingrepen in de cel
De onderzoekers werkten met Synechococcus elongatus PCC 7942, een cyanobacterie die vaak wordt gebruikt in fotosyntheseonderzoek. Zij pasten drie processen in de cel aan.
Een gen dat vetzuren normaal gesproken opnieuw de stofwisseling in stuurt, werd uitgeschakeld. Daarnaast versterkten zij twee lichaamseigen systemen. Het ene maakt vetzuren los uit celmembranen, het andere helpt om die vetzuren de cel uit te transporteren.
De onderzoekers gebruikten daarbij een zogenoemde self cloning aanpak. In de uiteindelijke stam zijn geen vreemde genen nodig. Dat is van belang, omdat zulke organismen in sommige landen anders kunnen worden beoordeeld dan genetisch aangepaste micro organismen waarin wel vreemd DNA is ingebracht. De precieze juridische behandeling verschilt per land.
Hoogste opbrengst bij 25 graden
De aangepaste blauwalgen scheidden duidelijk meer vrije vetzuren uit dan de onbehandelde controlevel. De best presterende stam kwam na twintig dagen uit op 389 milligram per liter kweekvloeistof. De productiesnelheid bedroeg 24,7 milligram per gram droge celmassa per dag.
De hoogste opbrengst werd gemeten bij 25 graden Celsius en sterke continue belichting. Dat is opvallend, omdat deze cyanobacterie normaal juist sneller groeit bij een hogere temperatuur van ongeveer 32 graden. Volgens de onderzoekers kan een lagere temperatuur de vetzuurproductie per cel versterken.
Vetzuren direct opvangen uit de vloeistof
Om de uitgescheiden vetzuren terug te winnen, brachten de onderzoekers een dunne laag isopropylmyristaat aan boven op de kweekvloeistof. De vetzuren trokken naar die bovenlaag, terwijl de blauwalgen in het waterige deel bleven leven. Zo konden de geproduceerde moleculen tijdens de teelt worden verzameld.
Voor grootschalige toepassing is die methode nog niet geschikt. De onderzoekers schrijven zelf dat isopropylmyristaat daarvoor te duur is. Er zijn dus goedkopere manieren nodig om de vetzuren uit de vloeistof te halen. Ook moet nog blijken hoe de aangepaste blauwalgen presteren onder buitenomstandigheden, waar licht en temperatuur voortdurend veranderen.
Minder afhankelijk van zware nabewerking
De studie laat zien dat blauwalgen brandstofgrondstoffen niet alleen kunnen aanmaken, maar ook kunnen uitscheiden. Daarmee verschuift een deel van de verwerking van het oogsten en openbreken van cellen naar het terugwinnen van vetzuren uit de kweekvloeistof.
Dat lost de economische uitdagingen van algenbrandstoffen nog niet op. Wel laat het onderzoek zien waar een belangrijke winst te halen valt: minder zware nabewerking na de teelt en een directere route naar bruikbare moleculen.
Bron: Eurekalert.org
Foto: ruixue, Adobe Stock
