Figure 1 :Image au microscope électronique de la production de lipides chez la microalgue Chlamydomonas sp. Crédit :Université de Kobe
Une collaboration interinstitutionnelle a développé une technique pour répartir les ressources en carbone des glucides aux lipides dans les microalgues. On espère que cette méthode pourra être appliquée à la production de biocarburants. Cette découverte est le résultat d'une collaboration entre un groupe de recherche du Centre de recherche en biologie de l'ingénierie de l'Université de Kobe composé du professeur adjoint de projet Kato Yuichi et du professeur Hasunuma Tomohisa et al., et chercheur principal Satoh Katsuya et al. au Takasaki Advanced Radiation Research Institute de la Direction de la recherche scientifique sur les faisceaux quantiques (Instituts nationaux pour la science et la technologie quantiques et radiologiques).
Ces résultats de recherche ont été publiés dans la revue académique internationale Biologie des communications .
Les biocarburants sont des ressources renouvelables qui ont reçu beaucoup d'attention dans le mouvement vers la création de sociétés plus durables. Les microalgues sont des organismes photosynthétiques hautement capables de produire des lipides à partir du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui en fait des candidats prometteurs pour la production de biocarburants. Cependant, un groupe de recherche de l'Université de Kobe composé du professeur adjoint de projet Kato Yuichi et du professeur Hasunuma Tomohisa et al. ont découvert que la majorité des ressources en carbone étaient détournées vers la production d'amidon au lieu de la production de lipides dans des conditions de lumière/obscurité (c'est-à-dire le jour et la nuit). C'est un problème lors de la culture d'espèces de microalgues à l'extérieur.
Méthodologie de recherche
Pour cette étude de recherche, Le professeur adjoint de projet Kato et le groupe de recherche de l'Université de Kobe du professeur Hasunuma ont collaboré avec le chercheur principal Satoh et al. aux Instituts nationaux des sciences et technologies quantiques et radiologiques (QST). Les chercheurs ont utilisé le faisceau d'ions du Takasaki Advanced Radiation Research Institute de QST pour induire une mutation dans les microalgues. Cela leur a permis de cultiver une nouvelle souche mutante appelée Chlamydomonas sp. KOR1, qui peut produire de grandes quantités de lipides même dans des conditions claires/sombres.
Figure 2 :Modèle de production de lipides créé en perturbant l'enzyme de déramification de l'amidon dans les microalgues.
Les chercheurs ont découvert que cette souche KOR1 présentait des perturbations dans le gène de l'enzyme de déramification de l'amidon ISA1, l'amenant à produire un autre glucide :le phytoglycogène au lieu de l'amidon (Figure 1).
Normalement, les microalgues synthétisent et accumulent les glucides (amidon) pendant les périodes de luminosité et les décomposent à la nuit tombée. Cependant, de nombreux glucides s'accumulent et ne peuvent pas être complètement décomposés. Contrairement à cela, l'hydrate de carbone synthétisé par KOR1 (phytoglycogène) a été complètement décomposé pendant la période d'obscurité. Les résultats de l'analyse du métabolome KOR1 ont révélé une augmentation totale des métabolites intermédiaires dans les voies de synthèse de l'amidon et des lipides (les métabolites intermédiaires comprenaient le fructose-6-phosphate, glucose-6-phosphate, acétyl-CoA et glycérol 3-phosphate). De cette analyse, les chercheurs ont mis en lumière le mécanisme métabolique sous-jacent à l'augmentation de la production de lipides résultant de la perturbation du gène ISA1. Dans la souche KOR1, le glucide (phytoglycogène) était rapidement décomposé et les métabolites intermédiaires induisaient par la suite la répartition de la ressource en carbone en production de lipides (Figure 2).
Afin de produire des biocarburants à partir de microalgues, il est nécessaire de cultiver ces organismes à l'extérieur au soleil. Cependant, il y a une diminution inévitable de la production de lipides dans ces conditions de lumière/obscurité. La technique de « répartition des ressources en carbone en perturbant le gène de l'enzyme de déramification de l'amidon » développée dans le cadre de cette recherche est une réponse à ce problème. On espère que cette nouvelle méthode pourra contribuer à la mise en œuvre à grande échelle de la production de biocarburants à l'aide de microalgues.
