芯片上的生物反应器更新了藻类生物燃料的承诺

十多年来，公司承诺将来自藻类的可再生燃料。有兴趣让世界远离化石燃料的投资者已经为此努力贡献了数亿美元，并且有充分的理由。藻类快速复制，需要比水和阳光更小累积到大量，其然后转化大气中的CO2到脂质(油)，可以收获并容易加工成生物柴油。

尽管有高调的示范，但承诺不足，初创企业已经修改了商业模式，包括生产特种脂类，如化妆品和肥皂中使用的脂类。然而，随着新技术的出现可能最终导致藻类生物燃料进入市场竞争的利基市场，生产商业规模可再生能源的梦想仍然存在。

可持续生产藻类生物燃料所需的许多改进之一是开发更好的藻类。本周，来自Boyce Thompson研究所和得克萨斯A&M大学的研究人员在Plant Direct中报告了令人兴奋的新技术，该技术可能彻底改变对完美藻类菌株的研究：芯片上的藻类液滴生物反应器。

一个藻类细胞被捕获在一个被油包裹的微小水滴中 - 想象一下当你将植物油与水混合时形成的微小水滴 - 然后数百万个藻类水滴挤压到大约四分之一大小的芯片上。每个液滴都是一个微生物反应器，一个高度控制的环境，藻类细胞可以生长和复制数天，形成一个遗传上同质的菌落，经历其典型的生物反应，包括脂质的产生。

“这是第一个允许以高通量进行脂质含量分析和生长速率测量的微系统，而以前的工作只能做其中一种，”德克萨斯A&M大学的资深作者兼工程师Arum Han说。

科学家正在竞相确定一种超级藻类菌株，它可以更快地繁殖并在每个细胞中产生更多的脂质。今年夏天，埃克森美孚宣布发现一种具有单一遗传修饰的菌株，每个细胞的脂质产量是其两倍。但这只是朝着正确方向迈出的一步，因为成千上万的基因具有进一步改善这两种特性的潜力。

使用今天的基因编辑技术，修改藻类基因可能相对简单;然而，确定要靶向哪些基因是耗时且昂贵的。将藻类培养物暴露于诱变剂产生数百万个独特的，可能改善的藻类细胞，每个藻类细胞必须进行测试以表达所需的性状，例如增加的脂质产生。然后可以通过全基因组测序鉴定突变基因。

“重要的是开发一种能够在更短的时间内和更小的空间内筛选数百万个细胞的工具。在一个容纳数百万个细胞液滴的芯片中，每个液滴就像一个烧瓶或生物反应器，这就是我们的方式。可以从一个小芯片上更快地获得结果，“作者和BTI博士后解释，Shih-Chi Hsu。

研究人员首先用已知生长更快或更慢的藻类或产生或多或少的脂质来验证芯片系统。然后他们筛选了200,000个化学突变细胞，鉴定了六个具有更快生长和更高脂质含量的突变体。片上完成的筛选使用叶绿素的荧光检测，代表总细胞质量，以及BODIPY，一种与脂质结合的荧光分子。所有具有改善生长或脂质产生潜力的突变体都被回收并在芯片外验证。

虽然这项研究的结果是有希望的，但与发现超级藻类菌株所需的相比，200,000仍然是少量的突变体。高级生物学家兼BTI总裁大卫斯特恩解释说：“最常见的变种将在百万分之一或一千万分之一中找到，因此需要加快吞吐量。”

令人兴奋的是，用于提高产量的工具已经在开发中，包括可以在一次实验中筛选数百万个液滴的更大芯片。“这种高通量技术可以迅速加速开发过程，以获得更有效地用于生物燃料生产的菌株，”Han评论道。

随着更高效的藻类菌株的发现和开发，藻类的生物燃料的商业规模生产可能最终是一个现实的承诺。

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