O bisturi do genoma transforma CO₂ em biocombustível de maneira mais eficiente

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Bisturi Genome

Esta figura de uma deleção de fragmento de cem quilobases em microalgas por clivagens CRISPR Cas9 foi feita usando BioRender. Crédito: LIU Yang

Aalga unicelular é submetida a cirurgia de genoma para remover partes não essenciais. Isso pode levar a uma fábrica celular mais eficiente para a produção de biocombustíveis sustentáveis ​​a partir da luz solar e do dióxido de carbono.

Pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos (QIBEBT) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) retiraram o genoma de cem quilobases de um tipo de microalga produtora de petróleo, eliminando genes não essenciais para seu funcionamento. Ao fazer isso, eles criaram um “bisturi de genoma” que pode aparar genomas de microalgas de forma rápida e criativa.

A microalga de "genoma mínimo" produzida é potencialmente útil como um organismo modelo para um estudo mais aprofundado da função molecular e biológica de cada gene, ou como uma cepa de "chassi" para biólogos sintéticos para aumentar a produção customizada de biomoléculas, como biocombustíveis ou bioplásticos.

O estudo foi publicado no The Plant Journal em 14 de março de 2021.

Criação de um “genoma mínimo”

A criação de um “genoma mínimo” - um genoma despojado de todos os “genes lixo” duplicados ou aparentemente não funcionais - pode ser muito útil para investigar questões fundamentais sobre a função genética e para projetar fábricas de células que produzem compostos valiosos.

Esses genomas mínimos foram criados para organismos simples, mas raramente para organismos eucarióticos, incluindo algas ou plantas. Em eucariotos superiores, as regiões “lixo” podem ocupar até 70 por cento do genoma. Excluir o que parece ser apenas “genes lixo” pode, na verdade, ter efeitos nocivos sobre o organismo ou até mesmo matá-lo.

Pela primeira vez, os pesquisadores do QIBEBT produziram um genoma com deleções direcionadas, de cem quilobases de tamanho cada, para um tipo de alga chamada Nannochloropsis oceanica.

N. oceanica são microalgas (algas unicelulares) que têm um enorme potencial para a produção de biocombustíveis, biomateriais e outros produtos químicos de plataforma de maneira renovável e sustentável, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa. No entanto, perceber o potencial dessas microalgas requer uma extensa engenharia genética do organismo para maximizar os rendimentos e minimizar os custos de produção.

A equipe do QIBEBT primeiro identificou as regiões cromossômicas não essenciais - aquelas cujos genes raramente eram expressos ou ativados. Eles identificaram dez dessas “regiões de baixa expressão”, ou LERs. Eles então usaram a técnica de edição de genes CRISPR-Cas9 para cortar dois dos maiores LERs - mais de 200 kilobases de tamanho.

Removendo o desnecessário

“Apesar de todo o corte, a microalga ainda mostrou crescimento essencialmente normal, teor de lipídios, níveis de saturação de ácidos graxos e fotossíntese”, disse o primeiro autor do estudo, Wang Qintao, do Single-Cell Center (SCC) do QIBEBT. “Em alguns casos, houve até uma taxa de crescimento e produtividade de biomassa ligeiramente maiores do que o organismo na natureza.”

“Curiosamente, encontramos telômeros normais nos mutantes de deleção de telômeros do cromossomo 30”, disse o autor correspondente, XU Jian, do SCC em QIBEBT. “Este fenômeno implica que a perda da parte distal do cromossomo pode induzir a regeneração dos telômeros.”

Já, o genoma substancialmente cortado deve servir como um genoma mais próximo do mínimo em Nanocloropsis, que pode servir como a tensão do chassi para a produção personalizada de biomoléculas usando mais engenharia metabólica no topo deste chassi.

Agora que eles provaram que podem desmontar o genoma de um eucarioto tão complexo, os pesquisadores agora querem ver se eles podem cortar ainda mais LERs e outras regiões não letais, para criar um Nanocloropsis que produz biocombustíveis a partir de CO₂ com a maior eficiência.

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