Ярко-зеленый бульон с такими же зелеными кубиками желе выглядит как еда из будущего. Ральф Кальденхофф, профессор прикладных наук о растениях в Техническом университете Дармштадта, перемешивает смесь и говорит: «Теоретически вы можете съесть это."Но суп и его состав имеют более высокую цель: он содержит микроводоросли, которые могут остановить глобальное потепление. Но почему они кубовидные?
Это облегчает лабораторную работу, объясняет ученый, потому что кубики можно легко выбрать, когда нужно заменить питательную среду.
Kaldenhoff работает с микроводорослями уже 1 год½ годы. Но он уже два десятилетия изучает фотосинтез, основу их метаболизма. «Фотосинтез – единственный биохимический процесс, который удаляет большие количества углекислого газа из атмосферы и превращает их сначала в сахар, а затем во многие другие вещества», – говорит он; он также считает, что промышленность должна последовать этому примеру – таким образом, промышленность будет связывать углекислый газ, вызывающий парниковый эффект, во время производства многих продуктов, а не выделять его.
Поэтому его видение состоит в том, чтобы в будущем производить фармацевтические ингредиенты, основные химические вещества и другие вещества с использованием микроводорослей.
Эти потенциальные спасители мирового климата имеют размер всего несколько микрометров, и их не следует путать с их более крупными собратьями, макроводорослями, которые мы находим в наших суши. «Микроводоросли можно найти почти повсюду, – объясняет Калденхофф:« От Северного полюса до Южного полюса и даже в пустынях ».«По оценкам, существует более 100 000 видов, но даже сотня не изучена подробно.
Лаборатория TU содержит, например, сферическую одноклеточную водоросль Chlorella и особенно маленький Nannochloropsis, который прекрасно себя чувствует в соленой солоноватой воде.
Ученые Дармштадта также работают с легко выращиваемой сине-зеленой спирулиной, даже если это не водоросль, а цианобактерия, ранее известная как сине-зеленая водоросль. Гематококк – еще одно исключение: при недостатке пищи или слишком большом солнечном свете он отключает фотосинтез, впадает в спячку и вырабатывает красные красители, в том числе сильный антиоксидант астаксантин.
Это не только защищает изнуренные водоросли от слишком большого количества ультрафиолета, но также доказало свою полезность для людей.
Антиоксиданты, витамины, все незаменимые аминокислоты – водоросли естественным образом производят множество веществ, которые могут быть полезны людям. И они могут сделать даже больше: Калденхофф и его команда генетически модифицируют зеленые микроорганизмы таким образом, чтобы они синтезировали вещества, которые они не могут производить естественным образом. Исследователи уже ввели последовательности генов человека, контролирующие выработку инсулина, в геномы водорослей – таким образом, лекарство от диабета можно получить из культур водорослей.
Процедура также полезна для производства вакцин. Для этого ученые помещают гены вируса в водоросли, такие как последовательности генов, которые содержат план белков в оболочке вируса.
Генная инженерия водорослей не так хорошо изучена, как генная инженерия бактерий или дрожжевых клеток. Это то, что делает его захватывающим, считает Калденхофф.
Хотя он и его команда все еще работают над основами, они уже присматриваются к будущим приложениям. Еще одна цель их исследования – выяснить, в каких условиях та или иная водоросль растет лучше всего.
Некоторые могут переносить много света, а другие – нет. Некоторым нужно только немного железа, а другим нужно больше. Температура и качество воды также могут влиять на рост.
Для выращивания особо крупных водорослей Калденхофф использует знания, полученные при исследовании высших растений.
Например, он работает с так называемыми аквапоринами, порообразующими белками в клеточной мембране, которые, согласно устоявшемуся профессиональному мышлению, регулируют вход и выход воды. Но Калденхофф убежден, что «некоторые аквапорины контролируют проницаемость углекислого газа, а не водный баланс. Это очень интересная область, которая до сих пор вызывает споры."Исследователи из Дармштадта уже показали, что генетически модифицированные растения томатов и табака, которые образуют больше аквапоринов, растут лучше. Теперь они могут увидеть тот же эффект в водорослях хлореллы.
Хотя их нормальный диаметр составляет от трех до пяти микрометров, они были в четыре-пять раз больше после того, как генная инженерия стимулировала производство аквапорина.
Калденхофф и его команда работают не только над продуктивностью водорослей, но и над оборудованием для их выращивания.
В Азии и Южной Америке открытые пруды довольно распространены для коммерческого выращивания водорослей, например, для производства пищевых добавок. Kaldenhoff критически относится к этой концепции: «Надежное производство может быть достигнуто только с определенными культурами в замкнутых жидкостных контурах.«Резервуары, трубы или планшетные системы – когда Калденхофф изучает, какие системы лучше всего подходят, он начинает действовать как дизайнер. Он только что прикрепил спиральные акриловые трубки к деревянной раме. Правильны ли условия потока??
Достаточно ли света получают водоросли в трубках?? Теперь команда проверит это и многое другое.
Профессор биологии вместе с партнерами планирует крупномасштабные объекты.
Недавно он стал соучредителем компании ALYONIQ (см. Ниже).
Кроме того, начинаются первые совместные проекты в ТУ. «Приятно то, что коллеги из других дисциплин интересуются нашими проектами по водорослям», – с энтузиазмом говорит Калденхофф. Его видение: завод по выращиванию водорослей, который подключен непосредственно к теплоэлектроцентрали ТУ, чтобы выбросы углекислого газа могли быть сокращены еще больше. В этом начинании должны работать вместе ученые-водоросли, конструкторы систем, профессионалы в области освещения и технологий управления, а также эксперты в области поведения потока и климатизации. Благодаря своему опыту в этих областях, Технический университет Дармштадта предлагает лучшие условия, чтобы маленькие водоросли могли произвести большой всплеск.
Светодиоды вместо солнечного света
В природе микроводоросли растут под воздействием солнечного света.
В промышленных помещениях их также можно искусственно подсвечивать. Исследователь водорослей Ральф Калденхофф вместе со своим коллегой Чан Куок Кханом, руководителем отдела осветительных технологий, работает над светодиодами для предприятий по выращиванию водорослей. Цель – оптимальная производительность фотосинтеза при минимальном потреблении энергии; Помимо других параметров, эффективность выращивания водорослей зависит в первую очередь от требований к мощности освещения.
Кроме того, Kaldenhoff основал ALYONIQ AG вместе с партнерами из частного сектора; эта компания в настоящее время занимается развитием оборудования для выращивания водорослей. ALYONIQ планирует построить пилотный завод в Грисхайме.
Место для этого уже найдено; теперь отделение от Дармштадтского технического университета ищет инвесторов.