Sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi tảo

Trong xã hội hiện đại, sản xuất năng lượng phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, dẫn đến ô nhiễm môi trường và làm cạn kiệt nguồn tài nguyên không tái tạo. Các sinh vật quang hợp như thực vật và tảo xanh có thể biến đổi CO2 trong khí quyển thành các phân tử lưu trữ cacbon, đặc biệt là các loại dầu như triacylglycerol (TAG), có thể được sử dụng như nhiên liệu sinh học. Trong bối cảnh này, tảo có lợi thế cung cấp hàm lượng dầu cao và tăng trưởng trong các môi trường khắc nghiệt, bao gồm độ mặn, nhiệt độ, hoặc độ pH cao.

Nannochloropsis là một chi của vi tảo có thể tích lũy TAG lên đến 50% trọng lượng khô; tuy nhiên, các cơ chế về đặc điểm chứa dầu của chúng vẫn đang là một bí ẩn.

Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Tokyo do Giáo sư Hiroyuki Ohta dẫn đầu đã giải quyết vấn đề này bằng cách nghiên cứu sự chuyển hóa lipid ở Nannochloropsis oceanica. TAG được tổng hợp trong quá trình extraplastidic Kennedy thông qua quá trình bổ sung theo tuần tự ba nhóm chức gốc acyl béo thành khung glycerol. Trong số các enzym tham gia, các nhà khoa học tập trung vào bốn acyltransferases axit lysophosphatidic (LPAT 1-4) chịu trách nhiệm bổ sung các axit béo ở vị trí 2.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, về khía cạnh phát sinh loài, LPAT1 và LPAT2 thuộc các phân họ khác nhau, trong khi LPAT3 và LPAT4 có mối quan hệ tiến hóa gần gũi. Theo đó, các enzym này xuất hiện để có các hoạt động chức năng riêng biệt như được thể hiện bằng cách sử dụng các chủng đột biến của N. oceanica bị thiếu một hoặc hai trong số bốn LPAT này. LPAT1 được nhận thấy chủ yếu là tham gia vào quá trình tổng hợp lipid của màng, trong khi LPAT4 chịu trách nhiệm về sinh tổng hợp TAG, và LPAT2 và LPAT3 tham gia vào cả hai quá trình.

Các LPAT được dán nhãn huỳnh quang và vị trí của chúng trong tế bào được quan sát bằng kính hiển vi đồng tiêu. Trong khi LPAT1 và LPAT2 thể hiện kiểu định vị ER điển hình, thì LPAT3 và LPAT4 được nhận thấy ở vòng ngoài của các giọt lipid (LD), mà có thể do sự hiện diện của các phần kỵ nước dài (30-40 đơn phân) trong cấu trúc của chúng, cho phép neo giữ vào bề mặt LD.

Dựa trên kết quả này, các nhà khoa học cho rằng, trong sự quá trình tạo thành LD, LPAT2 chủ yếu tham gia vào quá trình tổng hợp TAG ban đầu trong ER, LPAT3 và LPAT4 định vị trên bề mặt LD ở ngoại vi và đóng góp vào quá trình phát triển hơn nữa của LD. Nghiên cứu của giáo sư Ohta và các đồng nghiệp là bằng chứng trực tiếp về đặc tính chứa dầu của Nannochloropsis được hỗ trợ bởi các LPAT ở vòng ngoài của LD.

N.M.P-NASATI (Theo Phys)