Investigadores de TU Graz y Ruhr University Bochum muestran en la revista Catálisis ACS cómo la actividad catalítica de las cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules, puede incrementarse significativamente. Esto acerca un gran paso a las aplicaciones biotecnológicas y, por lo tanto, ecológicas.

Cianobacterias a pesar de teñir el agua de verde a través de sus pigmentos especiales, se conocen coloquialmente como "algas verdiazules, "y convierten la energía luminosa en energía química de forma especialmente eficaz gracias a sus células fotosintéticas altamente activas. Esto las hace atractivas para aplicaciones biotecnológicas, donde podrían utilizarse como biocatalizadores ecológicos y fácilmente disponibles para la producción de nuevos productos químicos utilizando enzimas introducidas específicamente.

Disponibilidad limitada de luz

Lo que suena bien en teoría sigue enfrentando obstáculos en la implementación tecnológica práctica a gran escala. Un factor limitante decisivo es actualmente la disponibilidad de luz, como explica Robert Kourist del Instituto de Biotecnología Molecular de la Universidad Tecnológica de Graz:"Cuando las cianobacterias crecen densamente, es decir, en altas concentraciones, solo las celdas ubicadas en el exterior reciben suficiente luz. Por dentro está bastante oscuro. Esto significa que la cantidad de catalizador no se puede aumentar a voluntad. Después de una densidad celular de unos pocos gramos por litro, la actividad fotosintética y, por tanto, la productividad de las células disminuye drásticamente. Por supuesto, esto es una desventaja considerable para la producción biotecnológica a gran escala ". Los biocatalizadores previamente establecidos, como las levaduras, se pueden utilizar con densidades celulares de 50 gramos por litro y más. Los organismos de producción establecidos tienen la mayor desventaja de que dependen de los productos agrícolas como base para el crecimiento y, por lo tanto, consumen muchos recursos. "Los catalizadores a base de algas se pueden cultivar a partir de agua y CO ₂ , por lo que son "verdes" en un doble sentido. Por esta razón, se están realizando intensos esfuerzos para aumentar el rendimiento catalítico de las cianobacterias, "dijo Kourist.

Aprovechar mejor la luz disponible

Junto con la Universidad Ruhr de Bochum y la Universidad finlandesa de Turku, El grupo de trabajo de algas de TU Graz ha logrado aumentar precisamente este rendimiento catalítico al redirigir específicamente el flujo de electrones fotosintéticos a la función catalítica deseada. "Por primera vez, pudimos medir el suministro de energía fotosintética directamente en las células de una manera resuelta en el tiempo, de modo que pudimos identificar cuellos de botella en el metabolismo, "explica Marc Nowaczyk de la Cátedra de Bioquímica Vegetal de la Universidad del Ruhr en Bochum." Hemos desactivado un sistema en el genoma de la cianobacteria que se supone protege a la célula de la luz fluctuante. Este sistema no es necesario en condiciones de cultivo controladas, pero consume energía fotosintética. Energía que preferimos poner en la reacción objetivo, "explica Hanna Büchsenschütz, estudiante de doctorado en TU Graz y primer autor del estudio. De este modo, Se puede resolver el problema de la baja productividad de las cianobacterias debido a las altas densidades celulares. "Para decirlo de otra manera, solo podemos usar una cierta cantidad de células. Por eso tenemos que hacer que las células vayan más rápido. Hemos desarrollado un método que utiliza la denominada ingeniería metabólica que hace que las cianobacterias sean mucho más maduras para la aplicación biotecnológica. "dijo Kourist.

Además de aumentar la productividad de la propia célula mediante intervenciones específicas a nivel genético, los investigadores de Graz también están trabajando en nuevos conceptos para el proceso de cultivo de algas. Un enfoque es introducir fuentes de luz directamente en la suspensión celular, por ejemplo, a través de mini LED. También se están experimentando con nuevas geometrías. Por lo tanto, cianobacterias en forma de pequeñas esferas encapsuladas, las llamadas "cuentas, "puede absorber más luz en general. Robert Kourist comenta:" Es muy importante desarrollar todas las medidas en el camino hacia la aplicación industrial a gran escala de biocatalizadores a base de algas de forma integrada. Esto solo es posible con la investigación interdisciplinaria que analiza la función de una enzima de la misma manera que observamos la ingeniería en la célula fotosintética ".