разработка новой методики для мониторинга экологической

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТОКСИЧНЫХ ЦИАНОБАКТЕРИЙ РОДА
СИНЕХОЦИСТИС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОМАССЫ
А.С. Гасников
ФГБОУ ВПО «УдГУ», Ижевск, РФ
Новизна и актуальность проблемы.
Культивирование микроводорослей (хлореллы, дуналиеллы и пр.)
существует
уже
достаточно
давно.
Их
используют
для
повышения
продуктивности водоемов и плодородия почв, получения биологически
активных веществ и различных пищевых и кормовых добавок, в качестве
индикаторных организмов при изучении текущего состояния почв и водоемов.
В последнее время проводятся исследования, направленные на изучение
возможности использования микроводорослей для получения биотоплива и
поглощения углекислого газа из атмосферы [1,2].
Другая группа фотосинтезирующих микроорганизмов способных к росту
в
аквакультуре
–
цианобактерии.
Они
обладают
определенными
преимуществами по сравнению с микроводорослями, но их культивирование
начало развиваться сравнительно недавно. Так же как и микроводоросли,
цианобактерии (анабена, спирулина, носток) выращиваются для получения
биомассы в закрытых биореакторах или открытых бассейнах для различного
применения
в
культивирование
биотехнологии.
спирулины,
Наибольшее
биомасса
распространение
которой
получило
используется
в
виде
биологических активных добавок как источник антиоксидантов, аминокислот и
минералов [3].
Синехоцистис,
цианобактериями,
по
также
сравнению
обладает
с
другими
некоторыми
культивируемыми
конкурентными
преимуществами. В частности, благодаря малому размеру клеток упрощается
процесс перемешивания в суспензионной культуре. Это позволяет создать
гомогенные
условия
культивирования,
которые
способствуют
более
эффективному поглощению питательных веществ и равномерному влиянию
физических параметров питательной среды, что приводит к увеличению выхода
биомассы. Также синехоцистис проявляет бόльшую приспособляемость в
стрессовых условиях (повышенные температуры, уменьшение интенсивности
освещения и т.п.), обеспечивая, таким образом, устойчивость культуры и
снижение уровня контаминации другими микроорганизмами [4].
Техническая значимость.
Культивирование
синехоцистиса
не
требует
особых
условий
и
финансовых затрат и может осуществляться в открытых условиях. Биомасса
синехоцистиса
содержит
в
себе
белок,
липиды,
жирные
кислоты,
легкоусвояемые углеводы, витамины и минералы. Также синехоцистис
способен к накоплению внутриклеточных жиров и благодаря этому может
применяться для получения омега-3 ненасыщенных жирных кислот [5]. Исходя
из этого, массовое культивирование синехоцистиса может использоваться при
разведении зоопланктона (дафнии, циклопы), который в свою очередь может
применяться как корм в рыбоводческих хозяйствах. Биомасса синехоцистиса,
как и микроводорослей, может использоваться в качестве витаминной и
стимулирующей кормовой добавки в животноводстве. Синехоцистис может
использоваться в производстве косметики, красителей, так как содержит синие
пигменты.
Управление условиями культивирования приводит к переключению
метаболизма в клетках синехоцистиса, благодаря чему можно направлять этот
процесс в сторону накопления тех или иных продуктов их жизнедеятельности.
Другими словами – целенаправленно обогащать биомассу синехоцистиса в
зависимости от ее дальнейшего использования [6,7]. Кроме того, существуют
«внешние», неметаболические способы насыщения биомассы различными
неорганическими веществами, которые позволяют получать биологически
активные препараты на основе биомассы синехоцистиса, что может быть
применено в биотехнологии, микробиологии, медицине, альгологии и пищевой
промышленности [8,9].
Также хочется отметить, что перспективное отличие нашей культуры
синехоцистиса заключается в том, что кроме получения биомассы, она может
использоваться и для получения биоводорода.
Состояние разработки.
В данный момент, на базе учебно-научной лаборатории молекулярной
биологии
УдГУ,
цианобактерий
мы
рода
занимается
синехоцистис,
изучением
которые
условий
культивирования
являются
непатогенными,
нетоксичными и могут использоваться при массовом культивировании. Нами
было обнаружено повышение генерации биомассы в культуре синехоцистиса в
стрессовых
условиях
(температура,
освещенность),
кроме
того,
сопровождавшееся производством водорода.
Производство биомассы из микроводорослей и цианобактерий в нашей
стране уже существует (хлорелла, спирулина), но рынок еще далек от
насыщения
и
есть
возможность
продвижения
на
него,
поскольку
культивирование синехоцистиса является более перспективным.
Список литературы.
1. Гайсина Л.А., Фазлутдинова А.И., Кабиров Р.Р. Современные методы
выделения и культивирования водорослей: учебное пособие.- Уфа: Издво БГПУ, 2008. - 152 с.
2. Мещерякова Ю.В., Нагорнов С.А. Культивирование микроводоросли
хлорелла с целью получения биотоплива // Вопр. совр. науки и практики /
Унив. им. В.И. Вернадского.- 2012.- №43.- С. 33-36.
3. Ефимова М.В. Введение в прикладную биотехнологию: учебное
пособие.- Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004.- 95 с.
4. Yu Y., You L., Liu D., Hollinshead W., Tang Y.J., Zhang F. Development of
Synechocystis sp. PCC 6803 as a Phototrophic Cell Factory // Marine Drugs /
2013.- №11(8).- P. 2894-2916.
5. Sheng J., Vannela R., Rittmann B.E. Evaluation of methods to extract and
quantify lipids from Synechocystis PCC 6803 // Bioresource Technology /
2011.- № 102(2).- P. 1697-1703.
6. Kim H.W., Vannela R., Zhou C., Rittmann B.E. Nutrient acquisition and
limitation for the photoautotrophic growth of Synechocystis sp. PCC6803 as a
renewable biomass source // Biotechnol Bioeng. / 2011.- №108(2).- P. 277285.
7. Knoop H., Zilliges Y., Lockau W., Steuer R. The Metabolic Network of
Synechocystis sp. PCC 6803: Systemic Properties of Autotrophic Growth //
Plant Physiology / 2010.- № 154.- P. 410-442.
8. С2
2209077
RU
A61K35/80,
A61K33/04.
Способ
получения
селенсодержащего препарата биомассы спирулины / Мосулишвили Л.И.
и
др.
(Объединенный
институт
ядерных
исследований).-
№
2001106901/14; Заявл. 15.03.2001.
9. С2 2198215 RU C12N1/12. Способ получения спирулины, обогащенной
ванадием / Нечаева С.В. и др. (ООО НПП «Биотика-С»).- №
2000132047/13; Заявл. 21.12.2000.