十多年來(lái)，公司承諾將來(lái)自藻類的可再生燃料。有興趣讓世界遠(yuǎn)離化石燃料的投資者已經(jīng)為此努力貢獻(xiàn)了數(shù)億美元，并且有充分的理由。藻類快速?gòu)?fù)制，需要比水和陽(yáng)光更小累積到大量，其然后轉(zhuǎn)化大氣中的CO2到脂質(zhì)(油)，可以收獲并容易加工成生物柴油。

盡管有高調(diào)的示范，但承諾不足，初創(chuàng)企業(yè)已經(jīng)修改了商業(yè)模式，包括生產(chǎn)特種脂類，如化妝品和肥皂中使用的脂類。然而，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)可能最終導(dǎo)致藻類生物燃料進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的利基市場(chǎng)，生產(chǎn)商業(yè)規(guī)?？稍偕茉吹膲?mèng)想仍然存在。

可持續(xù)生產(chǎn)藻類生物燃料所需的許多改進(jìn)之一是開發(fā)更好的藻類。本周，來(lái)自Boyce Thompson研究所和得克薩斯A&M大學(xué)的研究人員在Plant Direct中報(bào)告了令人興奮的新技術(shù)，該技術(shù)可能徹底改變對(duì)完美藻類菌株的研究：芯片上的藻類液滴生物反應(yīng)器。

一個(gè)藻類細(xì)胞被捕獲在一個(gè)被油包裹的微小水滴中 - 想象一下當(dāng)你將植物油與水混合時(shí)形成的微小水滴 - 然后數(shù)百萬(wàn)個(gè)藻類水滴擠壓到大約四分之一大小的芯片上。每個(gè)液滴都是一個(gè)微生物反應(yīng)器，一個(gè)高度控制的環(huán)境，藻類細(xì)胞可以生長(zhǎng)和復(fù)制數(shù)天，形成一個(gè)遺傳上同質(zhì)的菌落，經(jīng)歷其典型的生物反應(yīng)，包括脂質(zhì)的產(chǎn)生。

“這是第一個(gè)允許以高通量進(jìn)行脂質(zhì)含量分析和生長(zhǎng)速率測(cè)量的微系統(tǒng)，而以前的工作只能做其中一種，”德克薩斯A&M大學(xué)的資深作者兼工程師Arum Han說(shuō)。

科學(xué)家正在競(jìng)相確定一種超級(jí)藻類菌株，它可以更快地繁殖并在每個(gè)細(xì)胞中產(chǎn)生更多的脂質(zhì)。今年夏天，?？松梨谛及l(fā)現(xiàn)一種具有單一遺傳修飾的菌株，每個(gè)細(xì)胞的脂質(zhì)產(chǎn)量是其兩倍。但這只是朝著正確方向邁出的一步，因?yàn)槌汕先f(wàn)的基因具有進(jìn)一步改善這兩種特性的潛力。

使用今天的基因編輯技術(shù)，修改藻類基因可能相對(duì)簡(jiǎn)單;然而，確定要靶向哪些基因是耗時(shí)且昂貴的。將藻類培養(yǎng)物暴露于誘變劑產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)獨(dú)特的，可能改善的藻類細(xì)胞，每個(gè)藻類細(xì)胞必須進(jìn)行測(cè)試以表達(dá)所需的性狀，例如增加的脂質(zhì)產(chǎn)生。然后可以通過(guò)全基因組測(cè)序鑒定突變基因。

“重要的是開發(fā)一種能夠在更短的時(shí)間內(nèi)和更小的空間內(nèi)篩選數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的工具。在一個(gè)容納數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞液滴的芯片中，每個(gè)液滴就像一個(gè)燒瓶或生物反應(yīng)器，這就是我們的方式?？梢詮囊粋€(gè)小芯片上更快地獲得結(jié)果，“作者和BTI博士后解釋，Shih-Chi Hsu。

研究人員首先用已知生長(zhǎng)更快或更慢的藻類或產(chǎn)生或多或少的脂質(zhì)來(lái)驗(yàn)證芯片系統(tǒng)。然后他們篩選了200,000個(gè)化學(xué)突變細(xì)胞，鑒定了六個(gè)具有更快生長(zhǎng)和更高脂質(zhì)含量的突變體。片上完成的篩選使用葉綠素的熒光檢測(cè)，代表總細(xì)胞質(zhì)量，以及BODIPY，一種與脂質(zhì)結(jié)合的熒光分子。所有具有改善生長(zhǎng)或脂質(zhì)產(chǎn)生潛力的突變體都被回收并在芯片外驗(yàn)證。

雖然這項(xiàng)研究的結(jié)果是有希望的，但與發(fā)現(xiàn)超級(jí)藻類菌株所需的相比，200,000仍然是少量的突變體。高級(jí)生物學(xué)家兼BTI總裁大衛(wèi)斯特恩解釋說(shuō)：“最常見的變種將在百萬(wàn)分之一或一千萬(wàn)分之一中找到，因此需要加快吞吐量。”

令人興奮的是，用于提高產(chǎn)量的工具已經(jīng)在開發(fā)中，包括可以在一次實(shí)驗(yàn)中篩選數(shù)百萬(wàn)個(gè)液滴的更大芯片。“這種高通量技術(shù)可以迅速加速開發(fā)過(guò)程，以獲得更有效地用于生物燃料生產(chǎn)的菌株，”Han評(píng)論道。

隨著更高效的藻類菌株的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，藻類的生物燃料的商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)可能最終是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的承諾。