Depuis plus d'une décennie, les entreprises ont promis un avenir de carburant renouvelable à partir d'algues. Les investisseurs intéressés à éloigner le monde des combustibles fossiles ont contribué des centaines de millions de dollars à l'effort, et avec raison. Les algues se répliquent rapidement, nécessitant un peu plus que de l'eau et de la lumière du soleil pour s'accumuler en quantités massives, qui convertissent ensuite le CO atmosphérique 2 en lipides (huiles) qui peuvent être récoltés et facilement transformés en biodiesel.

Malgré des manifestations très médiatisées, les promesses ont échoué, et les start-up ont revu leurs modèles économiques pour inclure la production de lipides de spécialité, tels que ceux utilisés dans les cosmétiques et les savons. Pourtant, le rêve de produire de l'énergie renouvelable à l'échelle commerciale persiste, à mesure que de nouvelles technologies émergent qui pourraient finalement conduire les biocarburants à base d'algues vers un créneau concurrentiel sur le marché.

L'une des nombreuses améliorations nécessaires à la production durable de biocarburant à base d'algues est le développement de meilleures algues. Cette semaine, des chercheurs du Boyce Thompson Institute et de la Texas A&M University rapportent dans Planter directement une nouvelle technologie passionnante qui pourrait révolutionner la recherche de la souche d'algues parfaite :les bioréacteurs à gouttelettes d'algues sur une puce.

Une seule cellule d'algue est capturée dans une minuscule goutte d'eau encapsulée par de l'huile - imaginez les minuscules gouttelettes qui se forment lorsque vous mélangez de l'huile végétale avec de l'eau - puis des millions de gouttelettes d'algues se pressent sur une puce de la taille d'un quart. Chaque goutte est un micro-bioréacteur, un environnement hautement contrôlé dans lequel les cellules d'algues peuvent croître et se répliquer pendant plusieurs jours, former une colonie génétiquement homogène qui passe par ses réactions biologiques typiques, y compris la production de lipides.

"C'est le premier microsystème qui permet à la fois l'analyse de la teneur en lipides et la mesure du taux de croissance à haut débit, alors que les travaux antérieurs ne pouvaient faire que l'un ou l'autre, " a fait remarquer l'auteur principal et ingénieur, Arum Han de l'Université A&M du Texas.

Les scientifiques se précipitent pour identifier une souche de super algues qui peut se reproduire plus rapidement et produire plus de lipides par cellule. Cet été, ExxonMobil a annoncé la découverte d'une souche avec une seule modification génétique qui permet une production de lipides deux fois supérieure par cellule. Mais ce n'est qu'un pas dans la bonne direction, car des milliers de gènes ont le potentiel d'améliorer encore les deux caractères.

Avec les technologies d'édition de gènes d'aujourd'hui, la modification des gènes d'algues peut être relativement simple; cependant, identifier les gènes à cibler est long et coûteux. L'exposition d'une culture d'algues à un mutagène donne des millions de résultats uniques, des cellules d'algues potentiellement améliorées qui doivent chacune être testées pour l'expression d'un caractère souhaité, comme une augmentation de la production de lipides. Les gènes mutés peuvent ensuite être identifiés par séquençage du génome entier.

« L'important est de développer un outil capable de filtrer des millions de cellules dans un délai beaucoup plus court et dans un espace plus petit. Dans une puce contenant des millions de gouttelettes de cellules, chaque goutte est comme un flacon ou un bioréacteur, et c'est ainsi que nous pouvons obtenir des résultats plus rapidement à partir d'une toute petite puce, " explique l'auteur et post-doc BTI, Shih-Chi Hsu.

Les chercheurs ont d'abord validé le système de puces avec des algues connues pour croître plus rapidement ou plus lentement, ou produire plus ou moins de lipides. Ils en ont ensuite projeté 200, 000 cellules mutées chimiquement, identifier six mutants avec à la fois une croissance plus rapide et une teneur en lipides plus élevée. La projection, fait sur puce, utilise la détection par fluorescence de la chlorophylle, représentant la masse cellulaire totale, et BODIPY, une molécule fluorescente qui se lie aux lipides. Tous les mutants présentant un potentiel d'amélioration de la croissance ou de la production de lipides ont été récupérés et vérifiés hors puce.

Bien que les résultats de cette étude soient prometteurs, 200, 000 est encore un faible nombre de mutants par rapport à ce qui est nécessaire pour trouver cette souche de super algues. "Les variantes les plus extraordinaires se retrouveront dans une sur un million, ou dix millions, donc le débit doit être accéléré, " a expliqué le biologiste principal et président de BTI, David Stern.

Excitant, les outils d'amélioration du débit sont déjà en cours de développement, y compris des puces plus grosses qui peuvent filtrer des millions de gouttelettes en une seule expérience. "De telles technologies à haut débit peuvent accélérer rapidement le processus de développement pour obtenir des souches plus efficaces pour une utilisation dans la production de biocarburants, " remarqua Han.

Avec la découverte et le développement de souches d'algues beaucoup plus efficaces, la production à l'échelle commerciale de biocarburant à partir d'algues peut enfin être une promesse réaliste.