Neue Technologie erkennt die Gesundheit von Algenkulturen

algaeurope.org   Frauen der Algen

Eine neue Technologie, die an der UC San Diego entwickelt wurde, verwendet chemische Ionisations-Massenspektrometrie, um Algenzüchter zu warnen, wenn sich die Signatur flüchtiger Gase ändert, und ermöglicht es ihnen, Algenpflanzen zu ernten, wenn sie von kontaminierenden Organismen angegriffen werden.

A Ein Team von Chemikern der University of California San Diego (UCSD) hat im Rahmen einer vom Energieministerium finanzierten Forschung eine Technologie zur Echtzeitmessung der Gesundheit von Algenkulturen entwickelt, die Hunderte Millionen Dollar an Biomasseverlusten einsparen könnte.

„Um genügend Algen zur Versorgung nachwachsender Rohstoffe zu haben, sei es für Biokraftstoffe, Biokunststoffe oder Nutrazeutika, müssen wir Wege finden, die Algenproduktion und den Ertrag zu steigern. Algen gesund zu halten ist eine Möglichkeit, dies zu erreichen“, sagte Robert Pomeroy, Senior Lecturer am Department of Chemistry and Biochemistry der UCSD.

Dr. Pomeroy ist der leitende Autor des Forschungspapiers, das in . veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences, Oktober 2021, und leitete die Entwicklung der Technologie mit dem Co-Autor des Papiers Ryan Simkovsky.

Eine neue Methode zur Bewertung flüchtiger Gase

Die wirtschaftlich wettbewerbsfähigste Methode zur Kultivierung von Algen besteht darin, sie in großen Raceway-Teichen zu züchten. Die offene Biomasseproduktion macht ihr Wachstum jedoch anfällig für eine Kontamination durch eine Reihe mikroskopisch kleiner Teicheindringlinge, darunter Viren, Bakterien und Pilze, die Algenkulturen innerhalb weniger Stunden dezimieren können.

Das UCSD-Team entwickelte eine neue Methode zur Bewertung flüchtiger Gase – organische Verbindungen, die häufig durch mikrobielle Prozesse emittiert werden.

Gesundheitsforscher für Algenkulturen

Alexia Moore (links) von der UC San Diego und der jüngste Doktorand Jon Sauer sind Co-Autoren eines neuen PNAS-Forschungspapiers, in dem eine neue Technologie zur Überwachung der Gesundheit von Algenkulturen beschrieben wird.

Mit einem im Labor von UCSD-Professor Kimberly Prather entwickelten Instrument entwickelten die Forscher eine automatisierte Methode zur Durchführung von Echtzeitmessungen flüchtiger Gase mit chemischer Ionisations-Massenspektrometrie oder CIMS, einer Methode, die zuvor in der Medizin, Verteidigung und Drogenbekämpfung eingesetzt wurde.

Die Technologie überwacht kontinuierlich den normalen Gesundheitszustand von Algen, indem sie ihre flüchtigen Gasemissionen während ihrer Wachstums- und Blütezyklen verfolgt. Wenn eindringende Organismen oder Raubtiere angreifen und Stress verursachen, führt dies zu einer Veränderung der flüchtigen Gassignaturen. Mit CIMS zeigten die Wissenschaftler, dass sie die Störung sofort erkennen und Algenzüchter alarmieren können, um Maßnahmen zu ergreifen, um die Ernte zu retten.

Die Ernte retten

„Wenn Sie wüssten, dass die Ernte von Insekten oder Bakterien angegriffen wird, können Sie entweder den Schaden mildern oder den Stecker ziehen und ernten, bevor ein Schaden entsteht“, sagte Dr. Pomeroy, der mit dem Chemiker Mike Burkart und dem Biologen zusammenarbeitet Steve Mayfield im Food and Fuel for the 21st Century-Programm. „Bakterien sind dazu geschaffen, Algen anzugreifen und zu fressen, und ihr Wachstum ist exponentiell. An einem Tag könnte es dir gut gehen mit schönen Grünalgen und am nächsten Tag ist es ein braunes, schlammiges Durcheinander. Das ist also nicht so, als würden Sie 10 Prozent Ihrer Weizenernte verlieren – über Nacht könnten Sie Ihre gesamte Algenernte verlieren.“

Das CIMS-System, so stellten die Forscher in ihren Experimenten fest, entdeckte grasende Kontaminationen durch infektiöse Organismen 37 bis 76 Stunden früher als herkömmliche Überwachungsmethoden, die seit Jahren verwendet werden, einschließlich Mikroskopie und Fluoreszenz.

„Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Massenspektrometrie, die für eine andere Anwendung (Messung von Emissionen in der Gasphase) entwickelt wurde, jetzt verwendet wird, um ein anderes gesellschaftlich relevantes Problem anzugehen“, sagte Professor Prather, Gründungsdirektor des National Science Foundation Center for Auswirkungen von Aerosolen auf die Chemie der Umwelt (CAICE). „In den Bereichen Umwelt und Gesundheit gibt es endlose Anwendungen dafür, wie diese Online-Massenspektrometrie-Messungen zur Lösung anspruchsvoller Probleme eingesetzt werden können.“

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