Τα φύκια με υψηλή περιεκτικότητα σε άμυλο είναι σημαντικά για την παραγωγή βιοκαυσίμων, ως «συμπλήρωμα διατροφής» στη γεωργία και ως αποτελεσματικός τρόπος δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα.
Οι ερευνητές βρήκαν τώρα μια νέα μέθοδο ελέγχου της αποθήκευσης αμύλου στα φύκια – ένα εύρημα με πιθανές εφαρμογές σε τομείς όπως η μείωση των αερίων του θερμοκηπίου.
“Η τροποποίηση ενός μονοπατιού σηματοδότησης που ενεργοποιείται από το μπλε φως καθιστά δυνατή τη ρύθμιση της αποθήκευσης. Αυτό προσφέρει σημαντικά υψηλότερη απόδοση από τις παραδοσιακές μεθόδους που βασίζονται στη στέρηση θρεπτικών συστατικών”, λέει ο Δημήτρης Πετρούτσος, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Communications.
Το φως είναι απαραίτητο για φωτοσυνθετικούς οργανισμούς όπως τα φυτά και τα φύκια. Στα πράσινα φύκια, όπως το Chlamydomonas reinhardtii, η ενέργεια από το ηλιακό φως χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) σε υδατάνθρακες, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανάπτυξη ή να αποθηκευτούν ως ενέργεια με τη μορφή αμύλου.
Ειδικό εφέ μπλε φωτός
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές δείχνουν ότι το μπλε φως έχει μια ιδιαίτερη επίδραση. Επηρεάζει την αποθήκευση αμύλου στα φύκια μέσω μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται φωτοτροπίνη. Όταν η φωτοτροπίνη ανιχνεύει το μπλε φως, ενεργοποιεί μια οδό σηματοδότησης που μειώνει τη συσσώρευση αμύλου ελέγχοντας βασικά μεταβολικά γονίδια. Αυτή η ρύθμιση της αποθήκευσης άνθρακα που βασίζεται στο φως επιτρέπει στα φύκια να ρυθμίζουν την κατανομή της ενέργειας μεταξύ της άμεσης ανάπτυξης (χαμηλό άμυλο) και της μακροχρόνιας αποθήκευσης (υψηλό άμυλο).
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα γενετικά τροποποιημένα φύκια χωρίς φωτοτροπίνη αύξησαν την περιεκτικότητα σε άμυλο από 5 έως 25 τοις εκατό του ξηρού βάρους των φυκών – χωρίς να διακυβεύεται η ανάπτυξη ή η φωτοσύνθεση.
Οι τομείς που επωφελούνται
Τρεις τομείς που θα μπορούσαν να ωφεληθούν περισσότερο από τη μεγαλύτερη ρύθμιση της αποθήκευσης αμύλου είναι:
Βιοκαύσιμα: Τα πλούσια σε άμυλο φύκια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοαιθανόλης και άλλων βιοκαυσίμων. Ο χειρισμός της σηματοδότησης της φωτοτροπίνης καθιστά δυνατή την αύξηση της παραγωγής αμύλου με ελεγχόμενο τρόπο.
Βιώσιμη γεωργία: Τα μικροφύκη χρησιμοποιούνται ως συμπλήρωμα ζωοτροφών στη γεωργία. Ο έλεγχος της αποθήκευσης αμύλου θα καταστήσει δυνατή τη βελτίωση της θρεπτικής αξίας των συμπληρωμάτων και θα τα καταστήσει πιο αποτελεσματικά ως ζωοτροφές και ως ενισχυτικά του εδάφους.
Σύλληψη άνθρακα: Ελέγχοντας τη συσσώρευση αμύλου, μπορούμε να επηρεάσουμε τον τρόπο με τον οποίο τα φύκια αποθηκεύουν άνθρακα, ο οποίος θα μπορούσε να βοηθήσει στη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα και στη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου.
«Προηγούμενες μελέτες επικεντρώθηκαν κυρίως στο πώς η ανεπάρκεια θρεπτικών συστατικών επηρεάζει το σχηματισμό αμύλου, αλλά σε αυτή τη μελέτη καταφέραμε να δείξουμε ότι το μπλοκάρισμα της οδού φωτοτροπίνης καθιστά δυνατή την αύξηση της αποθήκευσης αμύλου χωρίς να επηρεάζεται η ανάπτυξη», λέει ο Πετρούτσος.
