Une nouvelle technologie détecte la santé des cultures d'algues

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Une nouvelle technologie développée à l'UC San Diego utilise la spectrométrie de masse à ionisation chimique pour alerter les producteurs d'algues lorsque les signatures de gaz volatils changent, leur permettant de récolter des cultures d'algues lorsqu'elles sont attaquées par des organismes contaminants.

A Une équipe de chimistes de l'Université de Californie à San Diego (UCSD), dans le cadre d'une recherche financée par le ministère de l'Énergie, a développé une technologie de mesure en temps réel de la santé des cultures d'algues qui pourrait économiser des centaines de millions de dollars en pertes de biomasse.

« Afin d'avoir suffisamment d'algues pour fournir des matériaux renouvelables, que ce soit pour les biocarburants, les bioplastiques ou les nutraceutiques, nous devons trouver des moyens d'augmenter la production et le rendement des algues. Garder les algues en bonne santé est un moyen d'y parvenir », a déclaré Robert Pomeroy, maître de conférences au département de chimie et de biochimie de l'UCSD.

Le Dr Pomeroy est l'auteur principal du document de recherche publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences, octobre 2021, et a dirigé le développement de la technologie avec le co-auteur de l'article Ryan Simkovsky.

Une nouvelle méthode d'évaluation des gaz volatils

La méthode de culture des algues la plus économiquement compétitive consiste à les cultiver dans des bassins à grande échelle. La production de biomasse à ciel ouvert, cependant, laisse leur croissance vulnérable à la contamination par une gamme d'envahisseurs microscopiques des étangs, notamment des virus, des bactéries et des champignons qui peuvent décimer les cultures d'algues en quelques heures.

L'équipe de l'UCSD a développé une nouvelle méthode d'évaluation des gaz volatils, des composés organiques souvent émis par des processus microbiens.

Chercheurs en santé des cultures d'algues

L'étudiante diplômée de l'UC San Diego Alexia Moore (à gauche) et le récent titulaire d'un doctorat Jon Sauer sont co-auteurs d'un nouveau document de recherche PNAS décrivant une nouvelle technologie qui surveille la santé des cultures d'algues.

À l'aide d'un instrument développé dans le laboratoire du professeur Kimberly Prather de l'UCSD, les chercheurs ont mis au point un moyen automatisé d'effectuer des mesures en temps réel des gaz volatils à l'aide de la spectrométrie de masse à ionisation chimique, ou CIMS, une méthode précédemment utilisée en médecine, défense et lutte contre la drogue.

La technologie surveille en permanence la santé normale des algues en suivant leurs émissions de gaz volatils tout au long de leurs cycles de croissance et de floraison. Lorsque des organismes envahisseurs ou des prédateurs attaquent et induisent un stress, cela entraîne une modification des signatures de gaz volatils. Grâce au CIMS, les scientifiques ont montré qu'ils pouvaient détecter instantanément la perturbation et alerter les cultivateurs d'algues pour qu'ils prennent des mesures pour sauver la récolte.

Sauver la récolte

"Si vous saviez qu'il y avait une attaque sur la culture, par des insectes ou des bactéries, alors vous pourriez soit atténuer les dégâts, soit retirer le bouchon et récolter avant qu'il n'y ait des dommages", a déclaré le Dr Pomeroy, qui travaille avec le chimiste Mike Burkart et le biologiste. Steve Mayfield dans le Programme Nourriture et carburant pour le 21e siècle. « Les bactéries sont conçues pour attaquer et manger les algues et leur croissance est exponentielle. Vous pourriez être bien un jour avec de belles algues vertes et le lendemain c'est un désordre brun et boueux. Donc, ce n'est pas comme perdre 10 pour cent de votre récolte de blé - du jour au lendemain, vous pourriez perdre toute votre récolte d'algues.

Le système CIMS, ont noté les chercheurs dans leurs expériences, a détecté des contaminations de pâturage par des organismes infectieux 37 à 76 heures plus tôt que les méthodes de surveillance traditionnelles utilisées depuis des années, notamment la microscopie et la fluorescence.

"C'est un excellent exemple de la façon dont la spectrométrie de masse qui a été développée pour une application différente (la mesure des émissions océaniques en phase gazeuse) est maintenant utilisée pour résoudre un autre problème d'importance sociétale", a déclaré le professeur Prather, directeur fondateur du National Science Foundation Center for Impacts des aérosols sur la chimie de l'environnement (CAICE). « Il existe d'innombrables applications dans les domaines de l'environnement et de la santé pour savoir comment ces mesures de spectrométrie de masse en ligne peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes difficiles. »

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