Новые штаммы зеленых микроводорослей послужат основой для биодобавок и кормов

Московские ученые впервые показали, что новые штаммы зеленых микроводорослей Neochlorella semenenkoi и Desmodesmus armatus потенциально могут использоваться в сельском хозяйстве в качестве источника крахмала и основы для кормов. Так, объем накопленной Neochlorella semenenkoi биомассы — источника витаминов, аминокислот, липидов, микроэлементов, углеводов и белков — не отличался от показателей водоросли, уже использующейся в промышленности.

В свою очередь, объем крахмала, вырабатываемого Desmodesmus armatus, был почти в два раза выше, чем у двух других штаммов. Таким образом, исследованные организмы потенциально найдут применение в сельском хозяйстве при изготовлении кормов и в пищевой промышленности при производстве биодобавок. 

Микроводоросли широко используются в пищевой промышленности, например, при производстве биологически активных добавок и натуральных красителей, в косметологии в качестве основы для сывороток, кремов и лосьонов, в медицине как источники витаминов и в энергетике в виде альтернативного топлива. При этом используемые в промышленности водоросли должны быстро размножаться, накапливать целевой продукт и иметь стабильный химический состав длительное время. На данный момент известно только несколько десятков штаммов микроводорослей, сочетающих все эти свойства. Для большинства видов еще не установлено, могут ли они удовлетворить нужды 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, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда. Исследователи выбрали эти штаммы, так как для них и родственных им штаммов ранее была показана способность активно накапливать высокоценные соединения (крахмал, белки, липиды, пигменты), однако ранее все работы были выполнены в лабораторных колбах, условия выращивания в которых сильно отличаются от условий производства.

Авторы в течение восьми дней культивировали два экспериментальных штамма водорослей, а также штамм Chlorella sorokiniana в качестве сравнения в фотобиореакторах — плоских стеклянных аквариумах, оснащенных системой термостатирования и светодиодным освещением. Водоросли выращивали в оптимальных условиях, а именно при концентрации углекислого газа в 50 раз выше, чем в атмосферном воздухе, и температуре 36°С в случае Neochlorella semenenkoi и Chlorella sorokiniana или 27°С для Desmodesmus armatus.

Сначала исследователи оценили скорость, с которой увеличивалась биомасса водорослей в фотобиореакторах. На восьмой день биомасса Neochlorella semenenkoi почти не отличалась от показателя Chlorella sorokiniana, тогда как количество Desmodesmus armatus было на 25% ниже этих штаммов. Накопленная биомасса потенциально может использоваться в кормах сельскохозяйственных животных.

Затем ученые определили, что эффективность поглощения углекислого газа в течение всех восьми дней была наиболее высокой у Chlorella sorokiniana — у водорослей Neochlorella semenenkoi и Desmodesmus armatus она оказалась на 10% и 50% ниже, чем у этого штамма, соответственно. Микроводоросли эффективно поглощают углекислый газ в период интенсивного роста: чем сильнее происходит его усвоение, тем быстрее растут и размножаются водоросли. Авторы предположили, что оптимизация условий культивирования новых штаммов в фотобиореакторах в дальнейшем позволит повысить эффективность поглощения ими углекислого газа и тем самым ускорить рост микроводорослей.

Однако, несмотря на более низкие темпы роста, водоросли Desmodesmus armatus, по сравнению с Neochlorella semenenkoi и Chlorella sorokiniana, в 1,75 и 2,3 раза эффективнее накапливали крахмал, который потенциально может использоваться в производстве кормов, изготовлении пищевых добавок, создании биопластика и других биоразлагаемых материалов. Таким образом, ученые подтвердили промышленный потенциал обоих 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», — рассказал участник проекта 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, опубликованы в журнале Phycology.