Genetisch gaspedaal op algengroei
Vetgemeste algen. Zo zou je de algen kunnen zien die Amerikaanse wetenschappers onlangs maakten. Door een genetische aanpassing werd de biomassa van de algen minstens anderhalf keer zo groot. En uit die dikkerdjes valt een hoop olie te persen.
Bob Elbert voor Iowa State University
Om aan energie te komen doen groene algen (en planten) aan fotosynthese: een proces waarbij koolstofdioxide (CO2) onder invloed van zonlicht wordt omgezet in organische stoffen. Daarvan is het merendeel suiker, maar er ontstaan ook lipiden: vetachtige stoffen die je uit de alg kan persen om er biodiesel van te maken.
Amerikaanse wetenschappers van de universiteit van Iowa State, aangevoerd door celbioloog Martin Spalding, ontdekten een manier om de hoeveelheid fotosynthese – en daarmee de biomassa – van algen te vergroten. Dat lieten ze weten in een persbericht; de resultaten staan nog niet op papier. Hopelijk lukt dat nog voor het eind van het jaar, laat Spalding weten in een email. Maar hij kan Kennislink alvast het één en ander verklappen.
Algen groeien niet grenzeloos
Net als mensen hebben algen hun voedsel nodig om te groeien en te overleven. Hoe snel ze groeien, hangt af van de hoeveelheid beschikbare CO2 in de omgeving. Als er relatief weinig CO2 is – zoals in de lucht – springen er in het algen-DNA twee genen aan die helpen meer CO2 uit de lucht te grijpen en de cel in te loodsen.
Pixabay, bluebudgie via CC0
Maar op plekken waar genoeg CO2 beschikbaar is – zoals rondom de CO2-uitademende wortels van planten – staan die genen uit. Logisch ook, de alg heeft dan geen extra eten nodig. In tegenstelling tot wij, kunnen algen dus niet onbeperkt schransen.
Vergelijk het maar met een auto die heuvelopwaarts rijdt. Er is flink wat energie nodig om die heuvel op te komen, dus trap je het gaspedaal in. Maar zodra de auto de helling af gaat, laat je het gaspedaal los: de auto gaat vooruit zonder zonder dat je er extra energie hoeft in te pompen.
En zo werkt het volgens Spalding ook bij algen: twee bepaalde fotosynthesegenen staan ‘aan’ om bij weinig CO2 te kunnen groeien. Maar zodra de alg genoeg CO2 heeft, springen die genen uit.
Voet op het gaspedaal
Wil je een alg meer biomassa laten maken? Dat is in feite simpel: hou het gaspedaal op de groei, door de fotosynthesegenen ‘aan’ te laten staan. Dus ook onder omstandigheden waarbij je verwacht dat er van nature genoeg CO2 beschikbaar is.
Wikimedia Commons, Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College via CC0
Dat is wat Spalding en zijn team deden bij de eencellige, groene alg Chlamydomonas reinhardtii. Algen waaraan niet gesleuteld werd, maakten in vier dagen tijd vijf gram droge biomassa per liter algenoplossing. Maar zijn genetisch aangepaste algenbroertjes, maakten in dezelfde tijd gemiddeld zeveneneenhalve gram biomassa, soms zelfs tien gram. Dik anderhalf keer zoveel dus.
Van dat overschot aan biomassa bestond maar een klein deel uit olie: het merendeel bleek zetmeel te zijn. En van zetmeel maak je jammer genoeg geen biobrandstof. Maar door de algen nog een extra genetische aanpassing mee te geven die de zetmeelproductie blokkeerde, ging de alg meer olie maken.
De totale hoeveelheid biomassa nam daardoor wel iets af: olie maken kost de alg namelijk meer energie dan zetmeelproductie. Maar toch bleef de olie-opbrengst nog altijd zo’n vijftig procent hoger dan in gewone algen.
Goedkopere algenolie
In zijn email laat Spalding weten dat hun bevinding eigenlijk nog maar het topje van de ijsberg is. “Naast de genen die wij gebruikt hebben, zijn er in algen nog een hoop andere fotosynthesegenen betrokken bij het binnenhalen van CO2 bij lage CO2-concentraties. Waarschijnlijk geven sommige van die genen dezelfde effecten op algengroei, wanneer ze bij hoge CO2-concentraties tot expressie worden gebracht.”
Spalding denkt bovendien dat zijn aanpak algemeen toepasbaar zal zijn op de meeste algensoorten die gebruikt worden voor biobrandstofproductie. “Ik twijfel er niet aan dat deze resultaten ons dichter bij goedkopere biobrandstoffen brengen”, aldus Spalding.
Geloof je nog niet in algen als producenten van biodiesel? Misschien dat celbioloog Martin Spalding je in dit (Engelstalige) filmpje echt kan overtuigen.
