Triacylglycerols từ vi tảo như là nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học: góc nhìn và tiến bộ
Tóm tắt
Vi tảo đại diện cho một nhóm vi sinh vật vô cùng đa dạng nhưng có khả năng chuyên môn hóa cao để thích nghi với các môi trường sinh thái khác nhau. Nhiều loài vi tảo có khả năng sản xuất một lượng đáng kể (ví dụ: 20–50% trọng lượng khô tế bào) triacylglycerols (TAG) như một loại lipid dự trữ dưới căng thẳng quang hóa hay các điều kiện môi trường bất lợi khác. Axit béo, thành phần cấu thành của TAGs và tất cả các lipid tế bào khác, được tổng hợp trong lục lạp bằng một tập hợp duy nhất của enzyme, trong đó acetyl CoA carboxylase (ACCase) là yếu tố chính điều chỉnh tỷ lệ tổng hợp axit béo. Tuy nhiên, sự biểu hiện của các gene liên quan đến quá trình tổng hợp axit béo vẫn chưa được hiểu rõ ở vi tảo. Sự tổng hợp và phân tách TAG vào các thể lipid bào tương dường như là cơ chế bảo vệ mà các tế bào tảo sử dụng để ứng phó với các điều kiện căng thẳng, nhưng ít được biết về việc điều chỉnh sự hình thành TAG ở mức độ phân tử và tế bào. Trong khi khái niệm sử dụng vi tảo như một nguồn nguyên liệu sinh khối giàu lipid thay thế và tái tạo cho nhiên liệu sinh học đã được khám phá trong vài thập kỷ qua, hệ thống có thể mở rộng và khả thi về kinh tế vẫn chưa hình thành. Hiện nay, việc sản xuất dầu tảo chủ yếu giới hạn ở các loại dầu chất lượng cao có giá trị dinh dưỡng hơn là các loại dầu hàng hóa cho nhiên liệu sinh học. Bài đánh giá này cung cấp tóm tắt ngắn gọn về kiến thức hiện tại của vi tảo giàu dầu và quá trình tổng hợp axit béo và TAG của chúng, các hệ thống mô hình tảo và cách tiếp cận gen để hiểu rõ hơn việc sản xuất TAG, cũng như cái nhìn lịch sử và hướng đi cho nghiên cứu và thương mại hóa nhiên liệu sinh học dựa trên vi tảo.
Từ khóa
#Vi tảo #triacylglycerols #axit béo #tổng hợp lipid #nhiên liệu sinh học #căng thẳng quang hóa #ACCase #lipid bào tương #sinh khối #đổi mới bền vững.Tài liệu tham khảo
Beijerinck M.W., 1904, Das Assimilationsproduckt der Kohlensaure in den Chromatorphoren der Diatomeen, Rec. Trav. Bot. Neerl., 1, 28
Benemann J.R., 1978, Engineering Design and Cost Analysis of a Large‐Scale Microalgae Biomass System, NTIS#H CP/T1605‐01 UC‐61)
Borowitzka M., 1988, Microalgal Biotechnology, 257
Burlew J.S., 1953, Algal Culture: From Laboratory to Pilot Plant (Publication No. 600)
Cobelas M.A., 1989, Lipids in microalgae. A review. I. Biochemistry, Grasas y Aceites, 40, 118
Cohen Z., 1999, Chemicals From Microalgae, 25
Collins R.P., 1969, The fatty acids of Cryptomonas ovata var palustris, Phyton, 26, 47
Constantopolous G., 1967, Effect of light intensity on the lipid composition of Euglena gracilis, J. Biol. Chem., 242, 3538, 10.1016/S0021-9258(18)95895-3
Erwin J.A., 1973, Lipids and Biomembranes of Eukaryotic Microorganisms, 141
Falkowski P.G., 1997, Aquatic Photosynthesis
Harris E., 1989, The Chlamydomonas Sourcebook. A Comprehensive Guide to Biology and Laboratory Use
Harwood J.L., 1998, Lipids in Photosynthesis: Structure, Function and Genetics, 53
Hemschemeier A., 2005, The exceptional photofermentative hydrogen metabolism of the green alga Chlamydomonas reinhardtii, Chem. Soc. Trans., 33, 39
Hill A., 1984, Fuels from Microalgae: Technical Status, Potential and Research Issues, Report SERI/SP‐231‐255
Hu Q., 2004, Handbook of Microalgal Culture, 83
Hu Q., 2006, Biodiesel from Algae: Lessons Learned Over the Past 60 Years and Future Perspectives, 40
Jarvis E.E., 1999, Isolated Gene Encoding an Enzyme with UDP‐Glucose Pyrophosphorylase and Phosphoglucomutase Activities from Cyclotella cryptica
Klyachko‐Gurvich G.L., 1974, Changes in the content and composition of triacylglyceride fatty acids during restoration of Chlorella pyrenoidosa cells after nitrogen starvation, Soviet Plant Physiol., 21, 611
Livne A., 1990, Acetyl coenzyme A carboxylase from the marine Prymnesiophyte Isochrysis galbana, Plant Cell Physiol., 31, 851
Meier R.L., 1955, Solar Energy Research, 179
Nagle N., 1989, Microalgal Fuel Production Processes: Analysis of Lipid Extraction and Conversion Methods, Aquatic Species Program Annual Report 1989, SERI/SP‐231‐3579
Ohlrogge J., 1995, Lipid biosynthesis, Plant Cell, 7, 957
Olson G.L., 1975, Effects of temperature and nutritional changes on the fatty acids of Agmenellum quadruplicatum, J. Bacteriol., 124, 373, 10.1128/jb.124.1.373-379.1975
Orcuut D.M., 1975, Sterol, fatty acid and elemental composition of diatoms grown in chemically defined media, Comp. Biochem. Physiol., 50, 579
Pohl P., 1979, Marine Algae in Pharmaceutical Science, 473
Pohl P., 1979, Advances in the Biochemistry and Physiology of Plant Lipids, 427
Pugh P.R., 1971, Changes in the fatty acid composition of Coscinodiscus eccentricus with culture‐age and salinity, Mar. Biol., 11, 118, 10.1007/BF00348760
Raison J.K., 1986, Frontiers of Membrane Research in Agriculture, 383
Ratledge C., 1988, Microbial Lipids, 3
Roessler P.G., 1993, Cloning and characterization of the gene that encodes acetyl‐coenzyme A carboxylase in the alga Cyclotella cryptica, J. Biol. Chem., 268, 19254, 10.1016/S0021-9258(19)36507-X
Roessler P.G., 1994, Genetic engineering approaches for enhanced production of biodiesel fuel from microalgae, Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production, 256
Rosenberg A., 1967, Quantitative and compositional changes in monogalactosyl and digalactosyl diglycerides during light‐induced formation of chloroplasts in Euglena gracilis, J. Lipid Res., 8, 80, 10.1016/S0022-2275(20)38918-5
Sato N., 2000, Recent Advances in the Biochemistry of Plant Lipids, 912
Soeder C.J., 1986, Handbook of Microalgal Mass Culture, 25
Sukenik A., 1999, Chemicals from Microalgae, 41
Van den Hoek C., 1995, Algae: An Introduction to Phycology
Wada H., 1998, Lipids in Photosynthesis: Structure, Function and Genetics, 65
Weissman J.C., 1989, Design and Operation of an Outdoor Microalgae Test Facility. Final Report to the Solar Energy Research Institute, Subcontract XK‐7‐06113‐1, report no. SERI/STR‐232‐3569