PUBLICIDADE
CREMER2024 CREMER2024
Algas

Carbono é a chave para que algas produzam mais óleo


BiodieselBR.com - 31 jul 2012 - 10:14 - Última atualização em: 29 nov -1 - 20:53
Brookhaven researchers Jilian Fan, Changcheng Xu, and Chengshi Yan with cultures of algae
Contrariando dois conceitos há muito aceitos, pesquisadores americanos do Laboratório Nacional de Brookhaven, órgão subsidiário do Departamento de Energia dos Estados Unidos, demonstraram que mediante o fornecimento de mais carbono no meio de cultura e a consequente aceleração do metabolismo das algas, é possível fazer com que os micro-organismos produzam mais óleo sem que isso limite o seu crescimento. As descobertas – publicadas no periódico virtual Plant and Cell Physiology [Fisiologia vegetal e celular] – podem levar a novas formas de se transformar algas verdes fotossintéticas em minúsculas “usinas verdes” de geração de matérias-primas para combustíveis alternativos.

“Estamos interessados nas algas porque elas crescem com grande rapidez e são capazes de converter dióxido de carbono em cadeias de carbono tais como amido e óleos”, diz o biólogo Changcheng Xu, autor principal do documento. Com uma densidade energética oito vezes maior que a do amido, o óleo de algas, em particular, pode ser uma matéria-prima ideal para a fabricação de biodiesel e outros combustíveis renováveis.

Mas a tarefa de converter algas microscópicas em usinas de óleo vem encontrando alguns obstáculos.

Para começar, ao absorver dióxido de carbono para a fotossíntese, os minúsculos micróbios convertem o carbono preferencialmente em amido e não em óleos. “Normalmente, as algas produzem muito pouco óleo”, diz Xu.

Antes desta pesquisa, os cientistas só conheciam uma forma de alterar o equilíbrio em prol da produção de óleo: privar as algas de certos nutrientes como o nitrogênio. A geração de óleo aumentava, mas as algas paravam de crescer, o que não é a situação ideal para a produção contínua.

Outra questão é que os cientistas não conheciam muitos detalhes sobre os processos bioquímicos internos das algas. “Muito do que pensávamos saber era inferido de estudos realizados em plantas mais complexas”, diz o biólogo John Shanklin, coautor do documento, que já conduziu extensas pesquisas sobre produção de óleo vegetal. Estudos recentes sugeriram a existência de grandes diferenças entre as algas microbianas e seus parentes vegetais mais avançados.

“Nosso objetivo era descobrir o máximo possível sobre os fatores que influenciam na produção de óleos em algas, inclusive aqueles determinantes para a produção de amido ou óleo, para ver se conseguíamos pender a balança para o lado da produção de óleo sem interromper o crescimento das algas”, diz Xu.

Os cientistas cultivaram culturas de Chlamydomonas reinhardtii – a “mosca da fruta” das algas – em condições nutrimentais variadas, com e sem inibidores que limitassem rotas bioquímicas específicas. Estudaram também uma mutação da Chlamydomonas, incapaz de produzir amido. Comparando a quantidade de óleo que se acumulou nas duas variedades em diferentes condições, eles conseguiram entender por que o carbono é estocado preferencialmente na forma de amido ao invés de óleo, e como influir no processo.


Imagem confocal da alga Chlamydomonas mostrando a acumulação de óleo (pontos amarelos). O vermelho representa a clorofila autoflorescente:
algae-confocal-image


A principal descoberta foi que o fornecimento de mais carbono (na forma de acetato) às algas rapidamente elevou a produção de amido ao máximo, ao ponto que qualquer carbono adicional era canalizado diretamente para a produção de óleo. Mais significativo ainda, em situações de carbono em excesso e nenhuma privação de nutrientes, os micro-organismos continuaram a crescer enquanto produziam óleo.

“Isso vai na contramão do dogma anteriormente aceito de que o crescimento das algas e a produção aumentada de óleo são mutuamente excludentes”, diz Xu.

Os estudos detalhados, conduzidos principalmente pelos pesquisadores Jilian Fan e Chengshi Yan, do laboratório de Brookhaven, demonstraram que o volume de carbono é o fator-chave para determinar quanto óleo é produzido: mais carbono resulta em mais óleo; menos carbono limita a produção. Isto também foi uma surpresa porque várias abordagens anteriores focaram no papel das enzimas envolvidas na produção de ácidos graxos e óleos. No atual estudo, a inibição da produção de enzimas pouco afetou o volume de óleo gerado.

“Eis um exemplo de diferença substancial entre as algas e as plantas mais complexas”, diz Shanklin.

Nas plantas, as enzimas diretamente envolvidas na rota de biossíntese de óleo são fatores que limitam a produção de óleo. Já nas algas, o fator limitante não está no processo de biossíntese em si, mas num estágio bem anterior, no metabolismo central.

Segundo Xu, isso não difere muito do que vemos no metabolismo humano: comer mais carboidratos ricos em carbono força o nosso metabolismo a aumentar a produção e a estocagem de óleo (gordura).

“Isso é meio surpreendente, mas, em alguns sentidos, somos mais parecidos com as algas do que são as plantas”, diz Xu, acrescentando que cientistas de outras áreas talvez se interessem pelos detalhes da chave metabólica descoberta pela pesquisa.

O próximo passo para a equipe de Brookhaven será olhar mais de perto as diferenças nas formas de compartimentação de carbono em algas e plantas. Esta parte do trabalho será liderada pelo coautor da pesquisa Jorg Schwender, especialista em estudos de fluxos metabólicos. A equipe também vai trabalhar para que o aprendido com uma espécie-modelo de alga seja traduzido em informações que possam ajudar a elevar a produção em variedades comerciais de alga, visando à produção de matérias-primas para biocombustível.

A pesquisa foi financiada pelas pastas de Ciência e de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia.

O Setor de Ciências do Departamento de Energia é o maior financiador individual de pesquisas básicas da área de ciências físicas dos Estados Unidos e trabalha para solucionar alguns dos desafios mais urgentes da nossa época. Para mais informações, acesse science.energy.gov.

Fonte: BNL Media
Tradução BiodieselBR.com