Hilferufe aus der Algenkultur

Veröffentlicht amAutorgh

Kein Durchschnitts-SOS: Forschungsmethoden zur Reaktion auf Zusammenbruch von Algenkulturen und Vorbeugung dagegen

Algen sind ein spannender erneuerbarer Rohstoff für die Zukunft nachhaltiger Kraftstoffe und Produkte. Eine besonders interessante Anwendung, die das U.S. Department of Energy (DOE) Bioenergy Technologies Office (BETO) erforscht, zeigt das Potenzial, Algen in Vorprodukte für Düsentreibstoff zu verwandeln. Ihre schnellen Wachstumsraten, dichten Kulturen und genetische Vielfalt bedeuten, dass sie eine unglaubliche Anzahl von einzigartigen Eigenschaften besitzen, die auf unzählige Arten manipuliert werden können – schreibt Daniel B. Fishman, Technischer Leiter von Advanced Algal Systems. Die National Laboratories identifizieren verräterische Anzeichen von Algenproblemen, um wirksame Behandlungen zu finden und Ernteausfall zu verhindern.

Algen bei Fraunhofer Bio-Energy – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft

Doch in oder um jede Algenkultur lauern Schädlinge – Fressfeinde und Raubtiere mit dem Potenzial, die Algenernte zu vernichten. Algenkulturen können durch diese Schädlinge schnell überflutet und zerstört werden und sich innerhalb weniger Stunden oder Tage von einem gesunden, leuchtenden Grün in ein kränkliches Braun verwandeln. Diese rasche Verschlechterung stellt eine große Herausforderung für die Ausweitung der Algenproduktion in der Zukunft dar.

Was wäre jedoch, wenn es eine Technologie gäbe, mit der man diese Zusammenbrüche in den Kulturen überwachen und vorhersagen könnte, bevor sie eintreten, so dass die Betreiber Zeit hätten, die richtigen Gegenmaßnahmen zu ergreifen? Forscher an den Sandia und Lawrence Livermore National Laboratories (SNL und LLNL) arbeiten genau daran. Der Sandia-Wissenschaftler Todd Lane leitet eine Zusammenarbeit zwischen SNL und LLNL, die eine schnelle, kostengünstige Methode zur Überwachung chemischer Signale – so genannter flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) – entwickelt hat, die Algen unter Stress ausstoßen. In einer kürzlich open access in der MDPI-Zeitschrift Metabolites veröffentlichten Untersuchung beschreibt das Team, wie es getestet hat, ob sein Überwachungsinstrument zwischen verschiedenen Arten von Algenstress unterscheiden kann: Biotischer Stress entsteht durch Schäden, die von einem Organismus verursacht werden, während abiotischer Stress durch nicht-lebende Einflüsse auf eine bestimmte Umgebung verursacht wird.

Mehr als Mayday: Maßgeschneiderte Notrufe von Algen

In ihrer Studie, die durch das Genomic Science Programm des DOE innerhalb des Office of Biological and Environmental Research finanziert wurde, verwendete das Team den Algenstamm Microchloropsis gaditana und setzte ihn entweder dem Abweiden durch einen Rädertierchen (ein winziges Raubtier, das Algen frisst) oder einer Reihe von Gefrier-/Tauzyklen aus. Auf diese Weise verglichen sie einen biotischen mit einem abiotischen Stress.

Ihre Entdeckung war vielversprechend und neuartig – Algen, die von Fressfeinden gefressen werden, senden andere chemische Signale aus als Algen, die gefroren und aufgetaut wurden. Interessanterweise gab es auch einige chemische Signale, die bei beiden Arten von Stress produziert wurden, was darauf hindeutet, dass Algen neben allgemeinen Stresssignalen auch Signale produzieren, die spezifisch für einen bestimmten Stressor sind.

Die Gruppe identifizierte und berichtete über die spezifischen VOCs, welche die Algen abgaben. Diese Verbindungen können als chemische Signaturen verwendet werden, um frühe Anzeichen von Stress in Algenkulturen zu erkennen und zu diagnostizieren, mit dem Ziel, gezielte und wirksame Behandlungen durchzuführen, bevor es zu einem katastrophalen Zusammenbruch der Kultur kommt.

„Die Bemühungen unserer Arbeit, frühe diagnostische Marker für einen Teichabsturz zu entwickeln, insbesondere VOC-Biomarker aus abiotisch und biotisch verwundeten Algen, haben ein großes Potenzial, die Ausbeute an aus Algen gewonnenen Verbindungen zu erhöhen, mit dem Ziel, die Preise für die Herstellung von Biokraftstoffen und Vorprodukten für die Bioproduktproduktion zu senken“, so Kristen Reese, zum Zeitpunkt der Arbeit Doktorandin am LLNL und ist jetzt Postdoc bei der U.S. Food and Drug Administration.

Neben ihrer Arbeit an der Überwachung von Algen arbeiten Lane und sein Team gleichzeitig an Techniken, die Algenkulturen vor dem Verzehr schützen sollen. Rädertiere und Pilze sind häufige Fressfeinde und Parasiten, die zu einem raschen Zusammenbruch von Algenkulturen führen können. Das Team hat eine Bakteriengemeinschaft identifiziert, die neben einer Algenart, Microchloropsis salina, gezüchtet werden kann und diese vor dem Abweiden durch das Rädertierchen Brachionus plicatilis schützt.

In einem kürzlich finanzierten Projekt weiten Lane und sein Team ihre Arbeit auf eine Reihe relevanter Pilzerreger aus. Ihr Ziel ist es, bakterielle Gemeinschaften zu identifizieren, die Algen vor Pilzbefall schützen können. Insgesamt nutzen Lane und sein Team die BETO-Förderung, um den Bereich des Algenpflanzenschutzes voranzutreiben, der für eine kosteneffiziente Biokraftstoff- und Bioproduktproduktion aus Algen von entscheidender Bedeutung ist.

->Quellen: