Γενετικά Τροποποιημένα Μικροφύκη

Ο όρος γενετικά τροποποιημένα μικροφύκη (GM microalgae) αναφέρεται σε είδη μικροφυκών τα οποία έχουν υποστεί τροποποίηση του γενετικού τους υλικού με τη χρήση μεθόδων της μοριακής βιολογίας και της γενετικής μηχανικής, προκειμένου να παραχθούν στελέχη με βελτιωμένες ιδιότητες.

Γενικά

Πολλοί ερευνητές (Amaro et al 2011; Spolaore et al 2005; Walker et al 2005) επισημαίνουν τη χρηστικότητα των μικροφυκών ως φυσικές πηγές πολύτιμων μακρομορίων όπως τα καροτενοειδή, τα πολυακόρεστα λιπαρά οξέα, τα φυκοκολλοειδή, αλλά και γενικότερα μεταβολιτών προστιθέμενης αξίας προς εμπορική (Spolaore et al 2005), φαρμακευτική (Leon-Banares et al 2004) και ενεργειακή (Costa & Morais 2010) αξιοποίηση. Ωστόσο, πολλά είδη δεν είναι ικανοποιητικά παραγωγικά σε όρους βιομηχανικής παραγωγής και εμπορίου, οπότε οι επιστήμονες καταφεύγουν στην τροποποίηση του γενετικού τους υλικού προκειμένου να βελτιώσουν και να ρυθμίσουν ορισμένα χαρακτηριστικά των φυσικών τους πληθυσμών, ώστε να επιτύχουν βελτιωμένη παραγωγή και απόδοση. Είναι γεγονός ότι λόγω των πολλαπλών χρήσεων των μικροφυκών η ζήτηση των προϊόντων τους αναμένεται να αυξηθεί ραγδαία τα επόμενα χρόνια και πιθανότατα οι ανάγκες θα καλυφθούν με την ανάπτυξη παραγωγικότερων και αποδοτικότερων γενετικών ποικιλιών ως προς τη βιομάζα (Flynn et al 2010). Ωστόσο, υπάρχει έντονη ανησυχία για την περίπτωση βιολογικής μόλυνσης από γενετικά τροποποιημένα μικροφύκη, γεγονός που οδήγησε στην ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας περιοριστικής νομοθεσίας, η οποία εμπόδισε μια ευρύτερη χρήση γενετικά τροποποιημένων μικροφυκών (Amaro et al 2011). Μέχρι στιγμής είναι πολύ λίγα τα στελέχη των μικροφυκών στα οποία έχουν γίνει γενετικές τροποποιήσεις, σημαντική εξαίρεση αποτελεί το χλωροφύκος Chlamydomonas reinhardtii το γονιδίωμα του οποίου έχει πλήρως χαρτογραφηθεί. Επίσης, χαμηλή πρόοδος έχει σημειωθεί ως προς την περιγραφή των μηχανισμών που σχετίζονται με τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης και σημειώνεται έλλειψη βιολογικών εργαλείων όπως π.χ. αποτελεσματική πυρηνική μετατροπή, διαθεσιμότητα εκκινητών κ.ά.

Καλλιέργεια και εφαρμογές

Ο άλλος σημαντικός άξονας διαπραγμάτευσης των μικροφυκών και των γενετικά τροποποιημένων μικροφυκών είναι η ανάπτυξη βιοτεχνολογικών μεθόδων μαζικής καλλιέργειάς τους, η οποία φαίνεται να οδηγεί σε μια νέου τύπου αγροτική βιομηχανία (Torzillo et al 2003). Όπως σημειώνεται από τους Torzillo et al (2003), η καλλιέργεια μικροφυκών σε εξωτερικά περιβάλλοντα και όχι κλειστούς φωτοβιοαντιδραστήρες εμφανίζει δυσκολίες λόγω των ποικίλων αποκρίσεων των μικροφυκών σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες και στο σημείο αυτό αναμένεται περαιτέρω ανάπτυξη των παρεμβάσεων στο γενετικό υλικό προκειμένου να είναι εφικτές τέτοιου τύπου εξωτερικές καλλιέργειες. Παρακάτω παρατίθενται κάποιοι τομείς στους οποίους αναφέρονται οι Rajamani et al (2007) για την αξιοποίηση γενετικά τροποποιημένων μικροφυκών:

• Τα γενετικά τροποποιημένα μικροφύκη ανιχνεύουν και δεσμεύουν τοξικά βαρέα μέταλλα.

Μέσω μεθόδων γενετικής παρέμβασης στα μικροφύκη και συγκεκριμένα σε στελέχη του χλωροφύκους Chlamydomonas reinhardtii είναι δυνατή: α) η υπερέκφραση γονιδίων των οποίων τα προϊόντα αμβλύνουν τις επιπτώσεις του stress που προκαλείται από τη συσσώρευση των βαρέων μετάλλων, β) η έκφραση δεσμευτικών πρωτεϊνών (π.χ. φυτοχελατίνες, μεταλλοθειονίνη) υψηλής συγγένειας για τα βαρέα μέταλλα και γ) η ανάπτυξη βιοαισθητήρων φθορισμού για την ανίχνευση και ποσοτικοποίηση των βαρέων μετάλλων σε υδάτινα περιβάλλοντα.

• Βiodiesel

Η υψηλή περιεκτικότητα των μικροφυκών σε λιπίδια που κυμαίνεται συνήθως στο 20% αλλά δυνητικά μπορεί να φτάσει ως και 60% του ξηρού τους βάρους αποτέλεσε εφαλτήριο για την ανάπτυξη βιοκαυσίμων από μικροφύκη. Μετά το εμπάργκο πετρελαίου το 1973, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ ξεκίνησε τη χρηματοδότηση προγραμμάτων για ανάπτυξη ανανεώσιμων καυσίμων από μικροφύκη. Τέλος, όπως προκύπτει από τα όσα αναφέρονται παραπάνω η έρευνα πάνω στις γενετικές τροποποιήσεις μικροφυκών είναι ακόμα σε νεαρό στάδιο και αναμένεται να αναπτυχθεί ραγδαία τα επόμενα χρόνια.

Βιβλιογραφία

• Amaro, H. M., Guedes, A. C., & Malcata, F. X. (2011). Advances and perspectives in using microalgae to produce biodiesel. Applied Energy, 88(10), 3402-3410
• León-Bañares, R., González-Ballester, D., Galván, A., & Fernández, E. (2004). Transgenic microalgae as green cell-factories. Trends in Biotechnology, 22(1), 45-52
• Rajamani, S., Siripornadulsil, S., Falcao, V., Torres, M., Colepicolo, P., & Sayre, R. (2007). Phycoremediation of heavy metals using transgenic microalgae
• Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E., & Isambert, A. (2006). Commercial applications of microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering, 101(2), 87-96
• Torzillo, G., Pushparaj, B., Masojidek, J., & Vonshak, A. (2003). Biological constraints in algal biotechnology. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 8(6), 338-348
• Walker, T. L., Purton, S., Becker, D. K., & Collet, C. (2005). Microalgae as bioreactors. Plant Cell Reports, 24(11), 629-641