Microalgas transgênicas são desenvolvidas para a produção de biodiesel

Microalgas ou algas unicelulares são organismos unicelulares de crescimento rápido que realizam fotossíntese consumindo CO₂, sendo responsáveis pela produção da maior parte do oxigênio (O2) da atmosfera terrestre. Elas formam o fitoplâncton, que é considerado a base da cadeia alimentar aquática.

As microalgas são apontadas por especialistas como potenciais matérias-primas para a produção de biodiesel e outros produtos químicos.

Os lípideos (óleos) produzidos pelas algas apresentam características físico-químicas similares às dos óleos vegetais comuns, podendo ser utilizados como matéria-prima para obtenção de biodiesel. A principal vantagem em relação as plantas terrestres é a produção de biomassa e de óleo, que ocorre de duas a dez vezes mais rápido do que em plantas terrestres, apresentando uma grande eficiência.

O principal desafio para viabilidade da utilização desses organismos é sua baixa eficiência fotossintética, que é de duas a três vezes menor que o potencial do vegetal aquático.

“O aumento da taxa de fotossíntese de microalgas para a produção de biodiesel tornou-se uma questão crucial na pesquisa em biocombustível”, disse Angela Pedroso Tonon, pesquisadora da divisão de Biociências do Los Alamos National Laboratory, dos Estados Unidos, à Agência Fapesp.

Segundo a pesquisadora, ao aumentar a capacidade de absorção de energia solar pela via desses organismos é possível elevar a fixação de CO₂ e assim produzir maior quantidade de moléculas orgânicas, como os carboidratos que podem ser transformados em proteínas, em aminoácidos e, principalmente, em óleos.

Um grupo de pesquisadores do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE, na sigla em inglês) – do qual Tonon é integrante – desenvolveu e está cultivando cepas (são os descendentes com um ancestral comum que compartilham semelhanças morfológicas ou fisiológicas) de microalgas geneticamente modificadas que possuem maior eficiência fotossintética do que os organismos não modificados (selvagens).

Em comparação, as cepas de microalgas geneticamente modificadas apresentaram melhor desempenho fotossintético e maior taxa de crescimento do que as cepas que não foram geneticamente modificadas.

Alterações genéticas nas microalgas

De acordo com a pesquisadora, para realizar a fotossíntese, as plantas e as microalgas utilizam centros de captação de luz solar – chamados de “antenas” –, compostos por pigmentos como clorofila. Esses pigmentos absorvem a energia luminosa e a transferem para o fotossistema da planta a fim de produzir moléculas energicamente ativas que ajudam na fixação de CO₂ e, consequentemente, na produção de carboidratos.

Ao serem expostos a uma grande quantidade de luz, esses centros de captação de luz solar ficam muito saturados e não realizam de forma eficientemente coordenada a captura de fótons e a transferência de elétrons para fixar carbono. Assim as plantas perdem uma quantidade significativa de energia da luz captada na forma de calor ou de fluorescência que poderia ser utilizada para aumentar a fixação de CO₂ e na produção de carboidratos, como açúcares, entre outras moléculas. Essa energia não distribuída é acumulada no fotossistema, causando a foto-oxidação e outros danos.

Embora as microalgas, que possuem grandes antenas de captação de luz, sejam muito eficientes na captura de fótons, elas não são tão produtivas quando estão juntas com outras microalgas. Quando estão na superfície da água, elas captam mais energia da luz solar do que são capazes de usar para fixar carbono e dissipam o excesso de energia para as microalgas abaixo da superfície.

Afim de aumentar a eficiência da fotossíntese desses organismos, reduzindo o desperdício de energia solar e levando as microalgas da superfície e das camadas mais profundas a absorver todos os fótons, os pesquisadores do laboratório norte-americano começaram a modular o tamanho das antenas de captação de luz de microalgas das espécies Chlamydomonas reinhardtii e Chlorella sorokiniana, entre outras.

Com isso, o processo de fotossíntese é realizado de forma mais uniforme por diversas microalgas cultivadas em tanque, por exemplo.

“Durante o verão, quando há uma alta incidência de raios solares, a antena das microalgas não precisa ter uma grande quantidade de pigmentos. Já durante o inverno, quando a energia solar é menor, ela captará mais energia se a quantidade de pigmentos for maior. Dessa forma, poderíamos fazer um ajuste das cepas transgênicas nas diferentes estações do ano”, explicou Tonon.

Assim a ideia é alterar o tamanho da antena das microalgas, diminuindo ou aumentando a quantidade de pigmentos, de acordo com a estação do ano.

Para modular o tamanho das antenas, os pesquisadores diminuíram os níveis de “clorofila b” nos organismos. O pigmento atua absorvendo luz em um comprimento de ondas diferente do que a “clrofila a”, também presente nas microalgas e em outros organismos vegetais. Com isso, a “clorofila b” absorve e transfere mais energia solar que outros pigmentos. Assim ao controlar a produção dessa clorofila, é possível controlar o tamanho da antena das microalgas.

Para fazer essa regulagem, os pesquisadores modularam a expressão de um gene responsável pela síntese do pigmento – uma enzima chamada “clorofila a oxigenase”. Diminuindo a expressão do gene dessa enzima e, consequentemente, a quantidade de “clorofila b” no sistema, eles geraram algas com diferentes capacidades de absorção de luz.

As culturas de algas transgênicas apresentaram taxa de fotossíntese duas vezes maior do que as algas selvagens, medida pela produção de oxigênio durante o processo fotossintético. Além disso, tiveram crescimento 30% maior também em comparação com as culturas que não sofreram modificação genética.

“Ao diminuir a produção de clorofila b na microalga, elas conseguiram aproveitar melhor a energia que capturam pela fotossíntese e transferi-la com maior eficiência, sem saturar o fotossistema nem causar danos”, disse Tonon.