Микроводоросли занимают важное место в разных сферах: в пищевой промышленности их применяют для получения биологически активных добавок и натуральных красителей, в косметологии служат основой для сывороток, кремов и лосьонов, в медицине рассматриваются как источники витаминов, а в энергетике — как перспективное альтернативное топливо.
При этом промышленное использование водорослей требует сочетания нескольких свойств: они должны быстро размножаться, накапливать целевой продукт и сохранять стабильный химический состав в течение длительного времени. На данный момент известно лишь несколько десятков штаммов, удовлетворяющих всем этим критериям. Для большинства видов пока не ясно, способны ли они удовлетворить потребности производства.
Ученые из Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва) впервые оценили, могут ли недавно открытые штаммы зеленых водорослей Neochlorella semenenkoi и Desmodesmus armatus массово использоваться в промышленности.
Выбор именно этих штаммов обоснован тем, что для них и их близких родственных форм ранее была зафиксирована способность активно накапливать ценные вещества — крахмал, белки, липиды и пигменты. Однако до настоящего времени все исследования проводились в лабораторных колбах, а условия культивирования существенно отличались от производственных.
Авторы на протяжении восьми дней культивировали два экспериментальных штамма водорослей и, в качестве контрольного образца, штамм Chlorella sorokiniana в фотобиореакторах — плоских стеклянных аквариумах, оснащённых системой термостатирования и светодиодного освещения. Водоросли выращивали в условиях максимальной оптимальности: концентрация углекислого газа была в 50 раз выше атмосферного воздуха, а температура составляла 36 °C для Neochlorella semenenkoi и Chlorella sorokiniana, либо 27 °C для Desmodesmus armatus.
Сначала исследователи зафиксировали скорость нарастания биомассы водорослей в фотобиореакторах. На восьмой день масса Neochlorella semenenkoi практически не отличалась от показателя Chlorella sorokiniana, в то время как Desmodesmus armatus оказалась на 25% ниже этих штаммов. Накопленная биомасса потенциально может служить компонентом кормов для сельскохозяйственных животных.
Исследование показало, что за восемь суток наибольшую способность к фиксации углекислого газа проявлял штамм Chlorella sorokiniana. У водорослей Neochlorella semenenkoi и Desmodesmus armatus соответствующие показатели оказались на 10% и 50% ниже.
Микроводоросли демонстрируют активное захватывание CO2 именно в фазу быстрого роста: чем интенсивнее идёт поглощение, тем быстрее растёт и размножается их популяция.
Авторы полагают, что дальнейшая оптимизация условий культивирования новых штаммов в фотобиореакторах может повысить их способность к фиксации CO2 и, по этой причине, ускорить рост микроорганизмов.
Однако, несмотря на сниженные темпы роста, водоросли Desmodesmus armatus оказались в 1,75 раза и 2,3 раза более эффективны в накапливании крахмала по сравнению с Neochlorella semenenkoi и Chlorella sorokiniana. Этот крахмал может применяться в производстве кормов, добавок к пище, а также для изготовления биополимеров и других биоразлагаемых материалов. Таким образом, учёные подтвердили промышленный потенциал обеих новых штаммов.
«Мы впервые показали успешное масштабируемое культивирование двух новых штаммов зеленых водорослей. Они потенциально найдут применение в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, а также при биологической утилизации промышленных выбросов углекислого газа, например, от ТЭЦ или заводов. В дальнейшем мы планируем усовершенствовать технологию накопления высокоценных соединений в клетках исследуемых микроводорослей и успешно использовать ее для задач практического применения», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Давид Габриелян, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией биотехнологии микроводорослей Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Phycology.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.
На заглавном фото: лиофилизированная (сухая) биомасса высокопродуктивных штаммов микроводорослей и цианобактерий. Источник: Давид Габриелян.
