La biomasa de microalgas contiene una variedad de sustancias bioactivas con valor medicinal y nutricional, como ácidos grasos poliinsaturados, carotenoides, vitaminas, etc., y la biomasa de microalgas también se puede utilizar para producir una variedad de bioenergía como sustituto de la energía fósil, como el biohidrógeno. , bioetanol y biodiesel. Además, las microalgas no sólo son cebo natural para los animales de acuicultura, sino que también sirven como fuente de proteínas de alta calidad para la alimentación humana, aliviando los problemas de seguridad alimentaria.
Sin embargo, el cultivo a gran escala y la aplicación comercial de microalgas aún enfrentan los desafíos de un bajo rendimiento real y un alto costo de cultivo. La eficiencia máxima teórica de uso solar de las microalgas en el proceso de síntesis de biomasa a través de la fotosíntesis es 8%~10%, y la temperatura de las hojas es 30 °C y la concentración de CO2 es 387 mL/m3,C3 yC4Los máximos teóricos de tasas de conversión solar para plantas son 4.6% y 6%, respectivamente. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la tasa real de utilización de energía luminosa del cultivo continuo de microalgas en el laboratorio es solo de aproximadamente 3%, y la tasa de conversión del cultivo a gran escala es incluso menor. Esto indica que el cultivo de microalgas está lejos de alcanzar su potencial fotosintético y todavía hay un enorme margen de optimización en términos de la capacidad de secuestro de carbono fotosintético y el potencial de la tecnología de cultivo.
1.Optimización de etapas de fotorreacción en la fotosíntesis de microalgas.
La Figura 1 es un diagrama esquemático de las etapas de fotorreacción de microalgas. Al igual que las plantas superiores, las microalgas capturan la energía luminosa a través de diferentes tipos de antenas captadoras de luz (complejos captadores de luz) y la conducen al centro de reacción del fotosistema II, donde el agua oxidada libera oxígeno, produce iones de hidrógeno y electrones y, en última instancia, produce ATP y NADPH. Existe una cadena de transporte de electrones entre el fotosistema II. y I., que contiene aceptores de electrones como la plastidio quinona y el citocromo b6f (Cyt b6f). Truncar la antena captadora de luz y mejorar la eficiencia del uso de la energía luminosa son los métodos más utilizados para modificar la etapa de fotorreacción de las microalgas.
2.Optimización de la fase de reacción oscura de la fotosíntesis de microalgas.
2.1 Modificación de ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa
In the CBB cycle, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) is responsible for catalyzing the reaction of 1 moleculeCO2 with 1 molecule Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) to generate 2 molecules of 3-phosphoglycerate, which is considered to be the rate-limiting step of the entire cycle. Rubisco is the most abundant protein in the biosphere and forms a bridge between inorganic carbon and living organisms. But at the same time, Rubisco is also considered to be a very inefficient catalyst. Therefore, in higher plants, Rubisco has also been regarded as the primary target of photosynthetic modification, which has received great attention and research. The structure of Rubisco in cyanobacteria, diatoms, and green algae is very similar, consisting of 3 large subunits and 8 small subunits. The large and small subunit genes of the green algae Rubisco are present in the chloroplast and nuclear genomes, respectively, while the genes encoding the large and small subunits of diatoms are located in the chloroplast genomes. Microalgae have always been regarded as excellent “donors” of Rubisco, and the use of Rubisco as a source of microalgae to replace Rubisco in higher plants is regarded as a potential means to improve the photosynthesis efficiency and biomass of higher plants. However, due to the complex assembly mechanism of Rubisco, the heterologous expression of the microalgae Rubisco in plants did not achieve satisfactory results
2.2 Construir ramas fotorrespiratorias.
Rubisco’s oxygenation produces the toxic metabolite 2-phosphoglycolic acid (2-PG), which needs to be recycled through the photorespiration pathway, but the photorespiration process requires the consumption of ATP and NADPH, and the release of immobilizedCO2 andNH3; 2 molecules of 2-PG are converted to 1 molecule of 3-phosphate glyceric acid (3-PGA) through the photorespiration pathway, and the whole process consists of distributed in chloroplasts, peroxisomes, Nine enzymatic steps in the mitochondria and cytoplasm are completed, and it is estimated that photorespiration can release up to 9/1 of the immobilizedCO4, resulting in a huge waste of C and N. However, the photorespiration process recovers 2% of C for cellular metabolism from 2 molecules 2-PG, which plays a very important role in cellular metabolism, therefore, theoretically, constructing a new photorespiration branch to avoid the waste ofCO75 andNH2 or increase the recovery capacity of releasingCO3 can improveCO2to increase biomass production rate. The feasibility of this scheme has been successfully demonstrated in the model organism Arabidopsis thaliana and the oil crop camelina, and the newly constructed photorespiratory branch can help the transformed strain significantly increase the biomass production rate.
2.3 Transformación del mecanismo de enriquecimiento de carbono
A diferencia de las plantas C3, la mayoría de las microalgas y las plantas C4 tienen un mecanismo de concentración de carbono (CCM) para hacer frente a concentraciones más bajas de CO2 en el medio acuático. En las cianobacterias, Rubisco está sellado en carboxisomas, mientras que la microalga eucariota Rubisco está presente principalmente en los núcleos de proteínas del cloroplasto, y la concentración de CO2 alrededor del sitio activo de Rubisco puede alcanzar más de 1000 veces la del entorno circundante a través de CCM. La anhidrasa carbónica (CA) es una enzima clave involucrada en la CCM y es responsable de catalizar reversiblemente entre HCO3- y CO2. La CCM en microalgas suele ser un mecanismo inducible que regula el nivel de expresión de CCM a través de la percepción de las concentraciones de CO2 circundantes. El cultivo a gran escala de microalgas a menudo utiliza concentraciones de CO2 muy por encima del aire, lo que puede provocar el apagado del CCM.
En resumen, se han logrado muchos avances pioneros importantes en la transformación y optimización de los sistemas fotosintéticos de microalgas mediante el truncamiento de la antena de recolección de luz, el aumento de la capacidad de recolección de luz y la utilización de la energía luminosa, la transformación del ciclo de la broca y la CCM, y la construcción del rama fotorrespiratoria. Sin embargo, el progreso general va a la zaga de la transformación y optimización de las vías de fotosíntesis de las plantas superiores, especialmente los cultivos comerciales, lo que da como resultado un potencial no aprovechado de secuestro de carbono por parte de las microalgas. Mediante la extracción de excelentes elementos fotosintéticos, factores reguladores y la construcción de nuevas vías, se puede aliviar eficazmente la limitación de los pasos de cuello de botella y se puede lograr el equilibrio energético entre las reacciones de luz y oscuridad. Además de estar regulada por la luz, la fotosíntesis también lo está por la eficiencia del consumo del producto final, lo que indica que es necesario realizar simultáneamente la modificación de las rutas metabólicas relacionadas con la fotosíntesis a nivel celular. Con el rápido desarrollo de la biología sintética, se han sentado las bases para el diseño y la construcción de cepas de ingeniería de microalgas para el secuestro de carbono de alta eficiencia que utilizan microalgas como organismos chasis fotosintéticos para el secuestro de carbono. Los métodos y conceptos de biología sintética se pueden utilizar para diseñar o sintetizar sistemas fotosintéticos con mayor eficiencia energética de la luz y eficiencia de secuestro de carbono, resistencia al fotodaño y producción de especies de oxígeno menos reactivas, independientemente de las limitaciones de las especies.
Acerca de BaiLun Biotecnología Co., Ltd.:
BaiLun Biotechnology Co., Ltd. stands as a leading supplier and premier technical service provider, specializing in the provision of comprehensive bioreactor systems and advanced control solutions. Our extensive product line encompasses a wide array of offerings, ranging from bioreactors (fermenters) to animal cell bioreactors, biological shakers, and control systems tailored for bioprocessing applications. With a capacity spanning from 0.1L to 1000KL, we are committed to fostering the growth of China’s bioreactor industry on a global scale.
En BaiLun, we boast a seasoned team of engineers equipped with profound expertise in fermentation processes, biochemical equipment, and chemical technology. Moreover, we actively engage nationally renowned experts and scholars as technical consultants, ensuring the robust technological underpinnings of our products. Central to our ethos is a relentless pursuit of product innovation and technological leadership, all geared towards guaranteeing utmost customer satisfaction. We hold ourselves accountable to prioritize customer benefits, embodying this commitment as the cornerstone of Bailun Company’s core values.
Nuestra diversa cartera de productos está meticulosamente diseñada para satisfacer las demandas multifacéticas de nuestra clientela. Desde el principio, hemos defendido los principios de supremacía de la calidad, centrado en el cliente y operaciones impulsadas por la integridad. Es nuestra inquebrantable dedicación para satisfacer las necesidades cambiantes de nuestros clientes lo que nos impulsa hacia adelante. Aceptando la marea de la globalización económica, extendemos una invitación genuina a colaborar con empresas de todo el mundo, con el objetivo de lograr la prosperidad y el éxito mutuos.
El espíritu de BaiLun resume una dedicación a centrarse en el cliente, una búsqueda de la excelencia en la calidad, un compromiso con la justicia y la integridad, y un impulso inquebrantable hacia la mejora continua y la innovación.
Contáctenos:
Dirección: 6848# Liuxiang Rd., Jiading, Shanghai, China
Persona de contacto: Maddie
Correo electrónico: sales@fermentertech.com
Teléfono:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)
Sitio web: https://bioreactortech.com/
Español 
English 
简体中文 
Русский