Nueva tecnología detecta la salud de los cultivos de algas

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Una nueva tecnología desarrollada en UC San Diego utiliza espectrometría de masas de ionización química para alertar a los productores de algas cuando cambian las firmas de gases volátiles, lo que les permite cosechar cultivos de algas cuando son atacados por organismos contaminantes.

A El equipo de químicos de la Universidad de California en San Diego (UCSD), en una investigación financiada por el Departamento de Energía, ha desarrollado una tecnología para la medición en tiempo real de la salud de los cultivos de algas que podría ahorrar cientos de millones de dólares en pérdidas de biomasa.

“Para tener suficientes algas para suministrar materiales renovables, ya sea para biocombustibles, bioplásticos o nutracéuticos, necesitamos encontrar formas de aumentar la producción y el rendimiento de algas. Mantener las algas saludables es una forma de lograrlo ”, dijo Robert Pomeroy, profesor titular del Departamento de Química y Bioquímica de UCSD.

El Dr. Pomeroy es el autor principal del artículo de investigación publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias, Octubre de 2021, y lideró el desarrollo de la tecnología con el coautor del artículo Ryan Simkovsky.

Un nuevo método de evaluación de gases volátiles

El método económicamente más competitivo de cultivar algas es cultivarlas en estanques con canales a gran escala. Sin embargo, la producción de biomasa abierta deja su crecimiento vulnerable a la contaminación por una variedad de invasores microscópicos de estanques, incluidos virus, bacterias y hongos que pueden diezmar los cultivos de algas en cuestión de horas.

El equipo de UCSD desarrolló un nuevo método para evaluar gases volátiles: compuestos orgánicos emitidos a menudo por procesos microbianos.

Investigadores de salud de cultivos de algas

La estudiante graduada de UC San Diego Alexia Moore (izquierda) y el reciente doctor Jon Sauer son coautores de un nuevo artículo de investigación de PNAS que describe una nueva tecnología que monitorea la salud de los cultivos de algas.

Utilizando un instrumento desarrollado en el laboratorio de la profesora Kimberly Prather de UCSD, los investigadores idearon una forma automatizada de realizar mediciones en tiempo real de gases volátiles mediante espectrometría de masas de ionización química, o CIMS, un método utilizado anteriormente en medicina, defensa y control de drogas.

La tecnología monitorea continuamente la salud normal de las algas al rastrear sus emisiones de gases volátiles a través de sus ciclos de crecimiento y floración. Cuando los organismos invasores o los depredadores atacan e inducen estrés, esto da como resultado un cambio en las firmas de gases volátiles. Usando CIMS, los científicos demostraron que pueden detectar instantáneamente la interrupción y alertar a los cultivadores de algas para que tomen medidas para salvar la cosecha.

Salvando la cosecha

"Si supiera que hubo un ataque al cultivo, por parte de insectos o bacterias, entonces podría mitigar el daño o desconectar y cosechar antes de que se produzca algún daño", dijo el Dr. Pomeroy, que trabaja con el químico Mike Burkart y el biólogo. Steve Mayfield en el Programa Alimentos y combustible para el siglo XXI. “Las bacterias están diseñadas para atacar y comer las algas y su crecimiento es exponencial. Podrías estar bien un día con bonitas algas verdes y al día siguiente es un desastre marrón y fangoso. Por lo tanto, esto no es como perder el 10 por ciento de su cosecha de trigo: de la noche a la mañana podría perder toda su cosecha de algas ".

El sistema CIMS, anotaron los investigadores en sus experimentos, detectó contaminaciones del pastoreo por organismos infecciosos de 37 a 76 horas antes que los métodos de monitoreo tradicionales que se han utilizado durante años, incluida la microscopía y la fluorescencia.

"Este es un excelente ejemplo de cómo la espectrometría de masas que se desarrolló para una aplicación diferente (medir las emisiones oceánicas en fase gaseosa) se está utilizando ahora para abordar otro problema de relevancia social", dijo el profesor Prather, director fundador del National Science Foundation Center for Impactos de los aerosoles en la química del medio ambiente (CAICE). "Hay un sinfín de aplicaciones en los campos del medio ambiente y la salud sobre cómo se pueden utilizar estas mediciones de espectrometría de masas en línea para abordar problemas desafiantes".

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