Исследователи выращивают микроводоросли для производства биотоплива

Группа исследователей из Университета Кампинаса (UNICAMP) в Бразилии вырастила микроводоросли в лабораторных условиях, чтобы использовать их метаболиты, особенно липиды, для производства биотоплива. Исследование опубликовано в журнале Biomass Conversion and Biorefinery.

Помимо липидов для биотоплива, из микроводорослей можно извлекать белки и углеводы для пищевых целей, а также ценные соединения для косметики, такие как бета-каротин и фикоцианин — натуральный синий пигмент.

Сравнение систем выращивания

Исследование проанализировало рост и продуктивность микроводоросли Botryococcus terribilis, сравнивая её поведение в закрытых и открытых системах:

• Закрытые системы (фотобиореакторы): нет обмена воздухом с окружающей средой, условия строго контролируются.
• Открытые системы (каналы-гонки, raceways): мелкие искусственные пруды или каналы, где циркулируют микроводоросли, вода и питательные вещества, происходит обмен воздухом.

В ходе работы впервые были охарактеризованы углеводороды, извлечённые из B. terribilis. Исследования по её культивированию имеют большое экономическое и экологическое значение, но в литературе они освещены слабо.

Микроводоросли как источник метаболитов

Микроводоросли, производящие до 50% кислорода, растут за счёт фотосинтеза, преобразуя атмосферный CO₂, воду и солнечный свет в энергию. Побочным продуктом является кислород. В результате образуются метаболиты: белки, углеводы, липиды, а также каротиноиды, хлорофилл и витамины.

Масла B. terribilis подходят для синтеза биотоплива, так как состоят из длинноцепочечных углеводородов, а также значительного количества насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот.

Стратегия стресса для увеличения выхода

Чтобы увеличить накопление целевого метаболита (липидов), исследователи применили стратегию стресса — лишили микроорганизм ключевых питательных веществ для роста, таких как фосфор или азот. В ответ на стресс организм начинает накапливать липиды для выживания.

В результате стрессового воздействия:

• Производство липидов увеличилось на 49%.
• Производство углеводородов увеличилось на 29%.
• Содержание белков снизилось с 32% до 26% от общего состава.
• Доля углеводов (~15%) и пигментов (0.41%-0.86%) осталась схожей в стрессовых и нормальных условиях.

Исследование помогает заполнить пробел в информации о культивировании, стрессе и составе этих микроводорослей, что поддерживает принятие решений по параметрам выращивания и применению в биопереработке.