Da oltre un decennio, le aziende hanno promesso un futuro di carburante rinnovabile dalle alghe. Gli investitori interessati ad allontanare il mondo dai combustibili fossili hanno contribuito con centinaia di milioni di dollari allo sforzo, e con buona ragione. Le alghe si replicano rapidamente, richiedendo poco più di acqua e luce solare per accumularsi in quantità enormi, che poi convertono la CO . atmosferica ₂ in lipidi (oli) che possono essere raccolti e facilmente trasformati in biodiesel.

Nonostante le manifestazioni di alto profilo, le promesse non sono state soddisfatte, e le start-up hanno rivisto i modelli di business per includere la produzione di lipidi speciali, come quelli usati nei cosmetici e nei saponi. Eppure il sogno di produrre energia rinnovabile su scala commerciale persiste, man mano che emergono nuove tecnologie che potrebbero finalmente portare i biocarburanti algali verso una nicchia competitiva nel mercato.

Uno dei tanti miglioramenti necessari per la produzione sostenibile di biocarburante algale è lo sviluppo di alghe migliori. Questa settimana, i ricercatori del Boyce Thompson Institute e della Texas A&M University riferiscono in Impianto diretto nuova entusiasmante tecnologia che potrebbe rivoluzionare la ricerca del ceppo algale perfetto:bioreattori di goccioline algali su un chip.

Una singola cellula algale viene catturata in una minuscola goccia d'acqua incapsulata dall'olio - immagina le minuscole goccioline che si formano quando mescoli l'olio vegetale con l'acqua - poi milioni di goccioline di alghe si schiacciano su un chip delle dimensioni di un quarto. Ogni gocciolina è un micro-bioreattore, un ambiente altamente controllato in cui le cellule algali possono crescere e replicarsi per diversi giorni, formando una colonia geneticamente omogenea che attraversa le sue tipiche reazioni biologiche, compresa la produzione di lipidi.

"Questo è il primo microsistema che consente sia l'analisi del contenuto lipidico che la misurazione del tasso di crescita ad alto rendimento, considerando che il lavoro precedente poteva fare solo l'uno o l'altro, " ha osservato l'autore senior e ingegnere, Arum Han della Texas A&M University.

Gli scienziati stanno correndo per identificare un ceppo di super alghe in grado di riprodursi più velocemente e produrre più lipidi per cellula. Quest'estate, ExxonMobil ha annunciato la scoperta di un ceppo con un'unica modificazione genetica che consente una produzione doppia di lipidi per cellula. Ma questo è solo un passo nella giusta direzione, poiché migliaia di geni hanno il potenziale per migliorare ulteriormente entrambi i tratti.

Con le odierne tecnologie di editing genetico, la modifica dei geni algali può essere relativamente semplice; però, identificare quali geni prendere di mira richiede tempo e denaro. L'esposizione di una coltura di alghe a un mutageno produce milioni di esemplari unici, cellule algali potenzialmente migliorate che devono essere testate per l'espressione di un tratto desiderato, come l'aumento della produzione di lipidi. I geni mutati possono quindi essere identificati attraverso il sequenziamento dell'intero genoma.

"L'importante è sviluppare uno strumento in grado di schermare milioni di cellule in un lasso di tempo molto più breve e in uno spazio più piccolo. In un chip che ospita milioni di goccioline di cellule, ogni goccia è come un pallone o un bioreattore, ed è così che possiamo ottenere risultati più velocemente da un piccolo chip, " ha spiegato l'autore e post-doc ITV, Shih-Chi Hsu.

I ricercatori hanno prima convalidato il sistema di chip con alghe note per crescere più velocemente o più lentamente, o produrre più o meno lipidi. Hanno poi proiettato 200, 000 cellule chimicamente mutate, identificando sei mutanti con una crescita più rapida e un contenuto lipidico più elevato. La proiezione, fatto su chip, utilizza il rilevamento a fluorescenza della clorofilla, che rappresenta la massa cellulare totale, e CORPO, una molecola fluorescente che si lega ai lipidi. Tutti i mutanti con potenziale per una migliore crescita o produzione di lipidi sono stati recuperati e verificati off-chip.

Sebbene i risultati di questo studio siano promettenti, 200, 000 è ancora un numero basso di mutanti rispetto a quello necessario per trovare quel ceppo di super alghe. "Le varianti più straordinarie si trovano in una su un milione, o dieci milioni, quindi il throughput deve essere accelerato, " ha spiegato biologo senior e presidente di BTI, David Stern.

Eccitante, gli strumenti per migliorare il throughput sono già in fase di sviluppo, inclusi chip più grandi che possono schermare milioni di goccioline in un esperimento. "Tali tecnologie ad alto rendimento possono accelerare rapidamente il processo di sviluppo per ottenere ceppi più efficienti per l'uso nella produzione di biocarburanti, " osservò Han.

Con la scoperta e lo sviluppo di ceppi algali molto più efficienti, la produzione su scala commerciale di biocarburante dalle alghe potrebbe finalmente essere una promessa realistica.