Research press release


Nature Biotechnology

Alga can double oil, no trouble


光合成を行う微細藻類(顕微鏡サイズの微生物で、光と水、CO2を使って成長し、脂質を生産する)が生産した脂肪や油を利用してバイオディーゼル燃料を生産し、石油系の輸送用燃料を補完しようという発想のもと、1970年代後半から盛んに研究が行われてきた。これまで、微細藻類を遺伝子操作して脂質を多く生産させる試みは、商業化に不十分な量しか生産できない工業用株に限って行われてきた。工業用の微細藻類Nannocholoropsis gaditanaは、実験室株の最大6倍もの脂質を生産できるが、何十年も研究が続けられてきたものの、Nannocholoropsis sp.の脂質生産性を改善すると、必ずそれに伴って生育が悪くなり、期待されたNannocholoropsis属の商業化は実現していなかった。

Eric Moelleringたちは、CRISPR-Cas9遺伝子編集技術など、いくつかの組換え手法を利用して、N. gaditanaの工業用株の脂質蓄積を調節する遺伝子ZnCysを同定した。このZnCysを改変したところ、脂質の生産性が倍増(最大で1日あたり5g/メートル)したが、生育は改変していない親株とほぼ同等だった。微細藻類の生育能力を維持しつつ脂質生産量を増やす方法が分かったことは、微細藻類の光合成による脂質生産に向けた一歩前進である。これで、陸生植物の生産する糖類に依存したバイオディーゼル燃料が必要なくなるかもしれない。

A genetically engineered strain of alga produces twice as much lipid as the wild parent, but can grow at a similar rate, reports a paper published online this week in Nature Biotechnology. These findings are a step along the path to eventual commercialization of sustainable microalgal-derived biofuels.

The idea of using fats and oils produced by phototrophic microalgae - microscopic organisms that can produce lipids when grown using light, water and CO2 - to produce biodiesel that can supplement petroleum-based transport fuels has been actively investigated since the late 1970s. To date, efforts to engineer microalgae to produce more lipids have been restricted to industrial strains that do not make sufficient amounts for commercialization. The industrial microalga Nannocholoropsis gaditana can make up to six times more lipid than lab strains, but despite decades of research, any improvements in lipid productivity of Nannocholoropsis sp. have been accompanied by crippled growth, and the commercial promise of this genus has remained unfulfilled.

Eric Moellering and colleagues used several engineering tools, including CRISPR-Cas9 gene editing, to identify ZnCys, which regulates accumulation of lipids in industrial strains of N. gaditana. The authors modified ZnCys and found that this doubled lipid productivity - to up to five grams per meter per day - while permitting growth at nearly equivalent rates to the parental, unmodified strain’s. Understanding how to increase lipid production of microalgae while retaining their ability to grow is an advancement toward a microalgal phototrophic production process for lipids that would remove the need for biodiesel to be reliant on sugars produced by land-grown plants.

doi: 10.1038/nbt.3865

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