Una collaborazione interistituzionale ha sviluppato una tecnica per ripartire le risorse di carbonio dai carboidrati ai lipidi nelle microalghe. Si spera che questo metodo possa essere applicato alla produzione di biocarburanti. Questa scoperta è stata il risultato di una collaborazione tra un gruppo di ricerca presso l'Engineering Biology Research Center dell'Università di Kobe composto dall'assistente del progetto Kato Yuichi e dal professor Hasunuma Tomohisa et al., e il ricercatore senior Satoh Katsuya et al. presso il Takasaki Advanced Radiation Research Institute del Quantum Beam Science Research Directorate (Istituti nazionali per la scienza e la tecnologia quantistica e radiologica).

Questi risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale Biologia della comunicazione .

I biocarburanti sono risorse rinnovabili che hanno ricevuto molta attenzione nel passaggio verso la creazione di società più sostenibili. Le microalghe sono organismi fotosintetici altamente capaci di produrre lipidi dall'anidride carbonica nell'atmosfera, rendendoli candidati promettenti per la produzione di biocarburanti. Però, un gruppo di ricerca dell'Università di Kobe composto dall'assistente al progetto Kato Yuichi e dal professor Hasunuma Tomohisa et al. hanno scoperto che la maggior parte delle risorse di carbonio è stata deviata alla produzione di amido anziché alla produzione di lipidi in condizioni di luce/buio (cioè giorno e notte). Questo è un problema quando si coltivano specie di microalghe all'esterno.

Metodologia di ricerca

Per questo studio di ricerca, L'assistente del progetto Kato e il gruppo di ricerca della Kobe University del professor Hasunuma hanno collaborato con il ricercatore senior Satoh et al. presso gli Istituti Nazionali di Scienze e Tecnologie Quantistiche e Radiologiche (QST). I ricercatori hanno utilizzato il fascio di ioni presso il Takasaki Advanced Radiation Research Institute di QST per indurre una mutazione nelle microalghe. Ciò ha permesso loro di coltivare un nuovo ceppo mutante chiamato Chlamydomonas sp. COR1, che può produrre grandi quantità di lipidi anche in condizioni di luce/buio.

I ricercatori hanno scoperto che questo ceppo KOR1 presenta interruzioni nel gene dell'enzima deramificante dell'amido ISA1, inducendolo a produrre un carboidrato diverso:il fitoglicogeno invece dell'amido (Figura 1).

Normalmente, le microalghe sintetizzano e accumulano carboidrati (amido) durante i periodi di luce e li scompongono quando è buio. Però, si accumulano molti carboidrati che non possono essere completamente scomposti. Contrariamente a ciò, il carboidrato sintetizzato da KOR1 (fitoglicogeno) è stato completamente scomposto durante il periodo buio. I risultati dell'analisi del metaboloma KOR1 hanno rivelato un aumento totale dei metaboliti intermedi sia nella via di sintesi dell'amido che in quella dei lipidi (i metaboliti intermedi includevano fruttosio-6-fosfato, glucosio-6-fosfato, acetil-CoA e glicerolo 3-fosfato). Da questa analisi, i ricercatori hanno illuminato il meccanismo metabolico alla base dell'aumento della produzione di lipidi risultante dalla distruzione del gene ISA1. Nel ceppo KOR1, il carboidrato (fitoglicogeno) è stato rapidamente scomposto e i metaboliti intermedi hanno successivamente indotto la risorsa di carbonio a essere ripartita per la produzione di lipidi (Figura 2).

Per produrre biocarburanti utilizzando microalghe, è necessario coltivare questi organismi all'aperto alla luce del sole. Però, c'è un'inevitabile diminuzione della produzione di lipidi in queste condizioni di luce/buio. La tecnica di "ripartizione delle risorse di carbonio interrompendo il gene dell'enzima deramificante dell'amido" sviluppata attraverso questa ricerca è una risposta a questo problema. Si spera che questo nuovo metodo possa contribuire all'implementazione su larga scala della produzione di biocarburanti utilizzando microalghe.