Kết quả của một nghiên cứu chung giữa Viện Công nghệ Tokyo và Trường Đại học Tohoku, Nhật Bản đã làm tăng triển vọng sản xuất trên quy mô lớn tinh bột có nguồn gốc từ tảo, một nguồn cung cấp sinh học giá trị cho nhiên liệu sinh học và các vật liệu tái tạo khác. Các sản phẩm sinh học này có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch và góp phần vào sự phát triển của các hệ thống và xã hội bền vững.

Công tắc kiểm soát hàm lượng tinh bột trong tảo do nhóm nghiên cứu đứng đầu là Sousuke Imamura tại Phòng thí nghiệm Hóa học và Khoa học sự sống, Viện Nghiên cứu đổi mới sáng tạo, Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) phát triển. Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Plant.

Nghiên cứu tập trung vào tảo đỏ đơn bào Cyanidioschyzon merolae. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng hàm lượng tinh bột có thể tăng đáng kể trong C. merolae thông qua khử hoạt tính TOR (mục tiêu của rapamycin), một protein kinaza được biết đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển của tế bào. Nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy sự gia tăng đáng kể hàm lượng tinh bột 12 giờ sau khi TOR ngừng hoạt động do tiếp xúc với rapamycin và điều này đã dẫn đến làm tăng 10 lần sau 48 giờ.

Quan trọng hơn, nghiên cứu đã nêu chi tiết cơ chế làm tăng mạnh hàm lượng tinh bột. Sử dụng phương pháp phổ khối lượng sắc ký lỏng (LC-MS/MS), các nhà nghiên cứu đã kiểm tra những thay đổi tinh vi trong cấu trúc của hơn 50 protein tham gia vào kích hoạt quá trình tích tụ tinh bột. Kết quả là nhóm nghiên cứu đã xác định GLG1 là protein quan trọng. GLG1 hoạt động theo cách tương tự như glycogenin, loại enzyme được tìm thấy trong các tế bào nấm men và động vật, có liên quan đến sự khởi đầu tổng hợp tinh bột (hoặc glycogen). Cơ chế này sẽ là mối quan tâm to lớn đối với nhiều ngành công nghiệp đang tìm cách mở rộng sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất sinh học có giá trị gia tăng.

Những phát hiện này có thể thúc đẩy sản sinh các chất phụ gia nhiên liệu, dược phẩm, mỹ phẩm và nhựa sinh học thân thiện với môi trường, cùng với việc loại bỏ túi nhựa và ống hút dùng một lần ở nhiều nơi trên thế giới.

So với cây trồng trên cạn, tảo rất hấp dẫn do năng suất quang hợp cao và khả năng canh tác tương đối dễ dàng. Tinh bột, triacylglycerol (TAG) và các thành phần sinh khối tảo khác ngày càng được xem là phương thức triển vọng và mạnh mẽ để đóng góp cho các Mục tiêu Phát triển bền vững (SDGs) do Liên Hợp Quốc đề ra.

Nhóm nghiên cứu cho rằng cần thực hiện nhiều nghiên cứu sử dụng các loài tảo khác, cũng như các loài thực vật cao hơn như Arabidopsis thaliana để cung cấp thêm thông tin về các cơ chế phân tử cơ bản đằng sau sự tích tụ của tinh bột. Thông tin này sẽ giúp phát triển công nghệ để cải thiện năng suất sinh tổng hợp tinh bột và đồng thời cải thiện sản xuất sinh khối bền vững và năng lượng sinh học, ông Imamura nói.

Nguồn: Vista