Le microalghe convertono la CO₂ in utili prodotti chimici di base
Ottenere sostanze chimiche preziose direttamente dall'anidride carbonica e dalla luce solare
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Ricercatori della Sassonia stanno sviluppando fabbriche di cellule biotecnologiche che non richiedono terreni agricoli o materie prime fossili. L'Università di Tecnologia di Chemnitz, l'Università di Lipsia e il Fraunhofer FEP stanno utilizzando le microalghe per produrre l'importante sostanza chimica di base, il glicolato, a partire dall'anidride carbonica e dalla luce del sole, un elemento costitutivo di farmaci, conservanti e polimeri che attualmente viene prodotto da materie prime fossili parzialmente tossiche.
Coltura liquida di Chlamydomonas reinhardtii
© Fraunhofer FEP, Finn Hoyer
Il progetto di cooperazione interdisciplinare PhotoKon potrebbe dare un contributo significativo alla bioeconomia regionale producendo preziose sostanze chimiche direttamente dalla CO₂ e dalla luce, evitando la necessità di terreni agricoli scarsi o di risorse fossili. I ricercatori utilizzano la microalga Chlamydomonas reinhardtii, che stanno ottimizzando per l'uso industriale con nuovi metodi di mutazione e screening basati sull'intelligenza artificiale.
I tre partner del progetto hanno già compiuto progressi significativi e stanno lavorando con approcci innovativi. PhotoKon sta sviluppando le basi scientifiche per l'uso delle radiazioni ionizzanti come nuovo metodo per la coltivazione mirata e l'ottimizzazione delle cellule fotosinteticamente attive.
Il Fraunhofer FEP di Dresda ha sviluppato un nuovo metodo di mutazione basato sulla radiazione elettronica a bassa energia (< 300 keV). Il Prof. Simone Schopf del Fraunhofer FEP sottolinea che: "Gli esperimenti di dosimetria con dosimetri commerciali e i metodi di misurazione della dose interni ci permettono di controllare con precisione l'effetto mutageno".
L'Università di Lipsia ha già dimostrato la fattibilità di base della produzione fotocatalitica di glicolato e sta sviluppando un metodo di screening innovativo basato sul pH. Questo metodo utilizza indicatori di colore su piastre di agar, che cambiano in seguito all'escrezione di glicolato da parte delle cellule delle alghe. Questo approccio si basa sull'osservazione sperimentale che l'accumulo di glicolato nel mezzo circostante è correlato a una diminuzione del pH.
L'Università di Tecnologia di Chemnitz ha compiuto progressi significativi nello screening dei mutanti assistito da robot utilizzando l'analisi delle immagini basata sull'intelligenza artificiale. Il team sta sviluppando routine di screening automatizzate che possono analizzare in modo indipendente migliaia di colonie di alghe e identificare mutanti promettenti.
"Questo approccio interdisciplinare ci permette di utilizzare in modo specifico la naturale fotorespirazione delle alghe - normalmente un effetto collaterale indesiderato - per la produzione mirata di glicolato", spiega il Prof. Severin Sasso dell'Università di Lipsia.
Tecnologia basata sull'intelligenza artificiale e controllo intelligente del processo
Lo screening e l'isolamento dei mutanti positivi vengono eseguiti utilizzando un processo di riconoscimento delle immagini basato sull'intelligenza artificiale con approcci di apprendimento per trasferimento. Isolando le fabbriche di cellule promettenti, è possibile studiare le basi biologiche dell'effetto delle radiazioni ionizzanti sulle cellule e implementare la scalabilità nei bioprocessi tecnici.
"Puntiamo a un processo migliorato dal punto di vista biologico e tecnologico, che sarà convalidato su scala di laboratorio presso il nuovo Laboratorio di Agricoltura in Ambiente Controllato dell'Università di Tecnologia di Chemnitz", riferisce il dottor Felix Krujatz. Grazie a una tecnologia di controllo intelligente per la produzione efficiente di glicolato su scala di laboratorio, la tecnologia PhotoKon apre le porte a una conversione sostenibile e biobased della CO2 nella sostanza chimica di base.
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