Forskere skruer det evolutionære ur tilbage for at udvikle høj-CO2-tolerante mikroalger

Den hurtige forhøjelse af atmosfærens kuldioxidniveau har ført til global opvarmning og forsuring af havet. Mikroalger, tegner sig for næsten 40 procent af den globale kuldioxidfiksering på Jorden, er på forkant med menneskehedens kamp mod klimaændringer, da mange af dem direkte kan omdanne sollys og industrielt kuldioxid til transportbrændstoffer og energirige næringsstoffer.

Imidlertid, den høje koncentration af kuldioxid i røggasser hæmmer generelt væksten af ​​industrielle mikroalger. Derfor, reduktion af den såkaldte "CO ₂ forgiftningseffekt, "dvs. forbedre tolerancen over for høje niveauer af CO ₂ , er blevet en prioritet i udviklingen af ​​supermikroalger til kulstoffiksering.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Metabolisk teknik , et team af videnskabsmænd ledet af prof. XU Jian fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academy of Sciences (CAS), og prof. Ansgar Poetsch fra Ruhr University, udviklet en måde at forbedre tolerancen over for høje niveauer af CO ₂ i den industrielle olieproducerende mikroalge Nannochloropsis.

Forskerholdet startede med at opdage, at CA2, et nøgleenzym i kulstofkoncentreringsmekanismen (CCM), er en nøglesensor for niveauet af ekstracellulær CO ₂ . Så i stedet for at forbedre sensorens funktion, de reducerede dets aktivitet gennem RNAi-baseret gen-knockdown. Overraskende nok, mutanterne var i stand til at vokse 30 procent hurtigere end vildtypeceller ved 5 procent CO ₂ niveau i røggas, over 100 gange højere end de 0,04 procent CO ₂ niveau fundet i luften. I øvrigt, denne fordel var vedvarende under forskellige typer fotobioreaktorer og en bred vifte af dyrkningsskalaer.

I oldtiden, Jordens atmosfæriske CO ₂ niveauet var mange gange højere end i dag. Over millioner af års evolution, CCM'erne for mikroalger, hvis rolle var at koncentrere CO ₂ molekyler omkring det udbredte kulstoffikserende maskineri kaldet RuBisCO, har gradvist måttet tilpasse sig lavere og lavere niveauer af atmosfærisk CO ₂ .

Derfor, ved at nedregulere CCM-aktivitet, forskerholdet skruede i det væsentlige tiden tilbage i denne evolutionære proces og vendte nutidens CCM tilbage til dets gamle høje CO ₂ -vant form. Denne "anti-evolution" bestræbelse fra videnskabsmænd forbedrer mikroalgens tolerance over for høj CO ₂ miljøer, som det der findes i røggasser.

Denne nye strategi har generelle implikationer for udviklingen af ​​industrielle olieproducerende mikroalger samt fødevareafgrøder, under omstændigheder, hvor høje kulstofniveauer er gavnlige eller endda nødvendige.

Disse omstændigheder kan ikke kun opstå i den industrielle omdannelse af røggas for at reducere kulstofemissioner og afbøde den globale opvarmning, men også som menneskeheden udforsker rummet på jagt efter sit næste hjem. For eksempel, på Mars, den mest lovende planet til at tjene som menneskehedens andet hjem på grund af dens korte afstand fra Jorden, niveauet af CO ₂ er så højt som 95 pct. Dermed, at ændre denne fjendtlige atmosfære til en menneskevenlig atmosfære er et must, før Mars kan kaldes hjem.