2020年10月6日
蓝藻通常被称为“蓝绿藻”，尽管它们用自己独特的色素将水染成绿色。它们利用高度活跃的光合细胞将光能转化为化学能，效果非常好。
蓝藻是一种环境友好、易于获得的生物催化剂，用于生产新的化学品。多亏了图格拉茨大学的研究人员，蓝藻很快就可以用于大规模的技术应用。图片来源：格拉茨科技大学。
这使得它们对生物技术的应用很有吸引力，在生物技术应用中，它们可以利用特别引入的酶作为生态友好和现成的生物催化剂来合成新的化学品。
有限的光照可用性
理论上可行的东西在实际大规模技术应用中仍然面临着障碍。目前，一个关键的限制因素是光的可用性。
当蓝藻密集生长时，即在高浓度下，只有位于外部的细胞接收到足够的光。里面很黑。这意味着催化剂的用量不能随意增加。当细胞密度达到每公升几克后，光合活性和细胞生产力急剧下降。这当然是大规模生物技术生产的一个相当大的劣势.
Robert Kourist，格拉茨科技大学分子生物技术研究所
相比之下，早期发现的生物催化剂，如酵母，可以在细胞密度为50 g/L或更高的情况下使用。已确定的生产生物有一个主要缺点，即它们依赖农产品作为生长的理由，因此消耗多种资源。
“基于藻类的催化剂可以从水和二氧化碳中生长，因此它们是双重意义上的“绿色”。为了提高蓝藻的催化性能，正在进行密集的努力”库里斯特补充道。
更好地利用可用光
与波鸿鲁尔大学和芬兰图尔库大学合作，图格拉茨藻类功能组通过将光合电子流重新定向到首选催化功能，成功地提高了这种催化性能。
这是我们第一次能够以时间分辨的方式直接测量细胞中光合能量的供应，以便我们能够识别代谢中的瓶颈.
Marc Nowaczyk，波鸿鲁尔大学植物生物化学系主任
“我们已经关闭了蓝藻基因组中的一个系统，该系统被认为可以保护细胞免受波动光线的影响。在受控的栽培条件下，该系统不是必需的，但会消耗光合能量。我们倾向于把能量放在目标反应中杜格拉茨大学的博士生、这项研究的第一作者汉娜·比切斯居兹（Hanna Büchsenschütz）指出。
因此，有可能解决蓝藻因其高细胞密度而导致的生产力低下的问题。
“换句话说，我们只能使用一定数量的细胞。这就是为什么我们必须让细胞走得更快。我们开发了一种利用所谓的代谢工程的方法，使蓝藻在生物技术应用方面更加成熟“Kourist说。
除了通过基因水平的定向干预提高细胞的生产力外，图格拉茨大学的科学家们还在研究藻类培养过程的新思路。一种方法是直接将光源引入细胞悬浮液，例如，通过微型LED。
此外，正在测试新的几何图形。因此，被称为“小球”的胶囊状蓝藻整体上可以吸收更多的光。
在海藻基生物催化剂大规模工业化应用的道路上，以综合的方式制定所有措施是非常重要的。这只有在跨学科研究中才有可能实现，研究酶的功能就像我们研究光合细胞中的工程一样.
Robert Kourist，格拉茨科技大学分子生物技术研究所
期刊参考：
阿塞尔公司，L。，等. （2020）NADPH供应工程促进光合作用驱动的生物转化。ACS催化.doi.org/10.1021/acscatal.0c02601..
资料来源：https://www.tugraz.at/home/