MIKRO RIASY: VLASTNOSTI, KLASIFIKÁCIA A APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto mikroriasy sú eukaryotické organizmy, photoautotrophs, tj získanie energie z ľahkého a syntetizovať ich vlastné jedlo. Obsahujú chlorofyl a ďalšie doplnkové pigmenty, ktoré im poskytujú veľkú fotosyntetickú účinnosť.

Sú jednobunkové, koloniálne - ak sú usadené ako agregáty - a vláknité (osamelé alebo koloniálne). Sú súčasťou fytoplanktónu, spolu s cyanobaktériami (prokaryoty). Fytoplanktón je skupina fotosyntetických vodných mikroorganizmov, ktoré pasívne plávajú alebo majú zníženú pohyblivosť.

Obrázok 1. Volvo (sférický) Zdroj: Frank Fox, prostredníctvom Wikimedia Commons

Mikro riasy sa nachádzajú od suchozemských Ekvádorov do polárnych oblastí a sú uznávané ako zdroj biomolekúl a metabolitov veľkého hospodárskeho významu. Sú priamym zdrojom potravín, liekov, krmovín, hnojív a paliva a sú dokonca indikátormi kontaminácie.

vlastnosti

Výrobcovia, ktorí používajú slnečné svetlo ako zdroj energie

Väčšina mikrorias je zelenej farby, pretože obsahujú chlorofyl (tetrapyrrolový rastlinný pigment), fotoreceptor svetelnej energie, ktorý umožňuje uskutočňovať fotosyntézu.

Niektoré mikroriasy sú však červenej alebo hnedej farby, pretože obsahujú xantopyly (žlté karotenoidové pigmenty), ktoré maskujú zelenú farbu.

stanovíšť

Obývajú rôzne sladké a slané, prírodné a umelé vodné prostredie (napríklad bazény a akvária). Niektoré sú schopné rásť v pôde, v kyslom prostredí a vo vnútri pórovitých (endolytických) hornín, na veľmi suchých a veľmi chladných miestach.

klasifikácia

Mikro riasy predstavujú vysoko heterogénnu skupinu, pretože je to polyetyletická skupina, to znamená, že zoskupuje druhy potomkov rôznych predkov.

Na klasifikáciu týchto mikroorganizmov sa použili rôzne charakteristiky, medzi ktoré patria: povaha ich chlorofylov a ich energetických rezervných látok, štruktúra bunkovej steny a typ mobility, ktorú predstavujú.

Povaha jeho chlorofylov

Väčšina rias predstavuje chlorofyl typu A a niekoľko z nich predstavuje iný typ chlorofylu, ktorý je z neho odvodený.

Mnohé z nich sú povinnými fototrofami a nerastú v tme. Niektoré však rastú v tme a katabolizujú jednoduché cukry a organické kyseliny v neprítomnosti svetla.

Napríklad niektoré bičíkovce a chlorofyty môžu používať acetát ako zdroj uhlíka a energie. Iní asimilujú jednoduché zlúčeniny v prítomnosti svetla (fotoheterotropia) bez toho, aby ich používali ako zdroj energie.

Uhlíkové polyméry ako energetická rezerva

Ako produkt fotosyntetického procesu produkujú mikro riasy celý rad uhlíkových polymérov, ktoré slúžia ako energetická rezerva.

Napríklad, mikro riasy divízie Chlorophyta generujú rezervný škrob (a-1,4-D-glukóza), veľmi podobný škrobom vyšších rastlín.

Štruktúra bunkovej steny

Steny mikrorias majú značné množstvo štruktúr a chemického zloženia. Stena môže byť vyrobená z celulózových vlákien, zvyčajne s prídavkom xylánu, pektínu, mannanu, algínových kyselín alebo fukínovej kyseliny.

V niektorých vápenatých alebo korálových riasach bunková stena vykazuje depozíciu uhličitanu vápenatého, zatiaľ čo iné majú chitín.

Na druhej strane diatomy majú vo svojej bunkovej stene kremík, ku ktorému sa pridávajú polysacharidy a proteíny a vytvárajú škrupiny bilaterálnej alebo radiálnej symetrie (frustuly). Tieto škrupiny zostávajú dlho nedotknuté a tvoria fosílie.

Euglenoidovým riasam na rozdiel od predchádzajúcich chýba bunková stena.

Druh mobility

Mikro riasy môžu mať bičíky (ako Euglena a dinoflageláty), ale nikdy nemajú riasenku. Na druhej strane, niektoré mikro riasy vykazujú imobilitu vo vegetatívnej fáze, ich gaméty však môžu byť mobilné.

Biotechnologické aplikácie

Kŕmenie ľudí a zvierat

V 50-tych rokoch začali nemeckí vedci hromadne pestovať mikro riasy, aby získali lipidy a bielkoviny, ktoré nahradia bežné živočíšne a rastlinné bielkoviny, aby pokryli spotrebu hospodárskych zvierat a ľudí.

Masová kultivácia mikrorias sa v súčasnosti predpokladá ako jedna z možností boja proti hladu a podvýžive vo svete.

Mikro riasy majú nezvyčajné koncentrácie živín, ktoré sú vyššie ako koncentrácie pozorované u akýchkoľvek vyšších druhov rastlín. Denný gram mikrorias je alternatívou na doplnenie nedostatočnej stravy.

Výhody jeho použitia ako potraviny

Medzi výhody použitia mikrorias ako jedla patria:

• Vysoká rýchlosť rastu mikrorias (poskytujú 20-krát vyššiu výťažnosť ako sójové bôby na jednotku plochy).
• Pri konzumácii malých denných dávok ako doplnku výživy prináša výhody merané v „hematologickom profile“ a „duševnom stave“ spotrebiteľa.
• Vysoký obsah bielkovín v porovnaní s inými prírodnými potravinami.
• Vysoká koncentrácia vitamínov a minerálov: požitie 1 až 3 gramov vedľajších produktov z mikroalgal poskytuje značné množstvo beta-karoténu (provitamín A), vitamínov E a B komplexu, železa a stopových prvkov.
• Vysoko energizujúci zdroj výživy (v porovnaní so ženšenom a peľom zhromaždeným včelami).
• Odporúčajú sa na výcvik s vysokou intenzitou.
• Vďaka svojej koncentrácii, nízkej hmotnosti a ľahkému transportu je suchý extrakt z rias vhodný ako potravina, ktorá sa nedá rýchlo kaziť, na skladovanie v očakávaní mimoriadnych situácií.

Obrázok 2. Arthrospira je široko používaná a masovo kultivovaná cyanobaktéria. Zdroj: Joan Simon, orezaný Perditou (užívateľ Wikipédie), prostredníctvom Wikimedia Commons

akvakultúra

Mikro riasy sa používajú ako potrava v akvakultúre kvôli ich vysokému obsahu bielkovín (od 40 do 65% v sušine) a ich schopnosti zvyšovať farbu lososov a kôrovcov svojimi pigmentmi.

Napríklad sa používa ako potrava pre lastúrniky vo všetkých fázach ich rastu; pre larválne štádiá niektorých druhov kôrovcov a pre počiatočné štádiá niektorých druhov rýb.

Pigmenty v potravinárskom priemysle

Niektoré pigmenty z mikrorias sa používajú ako prísady do krmív na zvýšenie pigmentácie kuracieho mäsa a vaječných žĺtkov, ako aj na zvýšenie plodnosti hovädzieho dobytka.

Tieto pigmenty sa tiež používajú ako farbivá vo výrobkoch, ako je margarín, majonéza, pomarančový džús, zmrzlina, syr a pekárske výrobky.

Obrázok 3. Trubkové fotobioreaktory používané na získanie vysoko hodnotných zlúčenín z mikro rias. Zdroj: IGV Biotech, z Wikimedia Commons

Ľudské a veterinárne lekárstvo

V oblasti humánneho a veterinárneho lekárstva sa uznáva potenciál mikrorias, pretože:

• Vďaka obsahu luteínu znižujú riziko rôznych druhov rakoviny, srdcových a očných ochorení.
• Pomáhajú predchádzať a liečiť koronárne srdcové choroby, zhlukovanie krvných doštičiek, abnormálne hladiny cholesterolu a sú tiež veľmi sľubné pri liečbe určitých duševných chorôb (kvôli ich obsahu omega-3).
• Majú antimutagénny účinok, stimulujú imunitný systém, znižujú hypertenziu a detoxikujú.
• Majú antikoagulačný a baktericídny účinok.
• Zvyšujú biologickú dostupnosť železa.
• Lieky založené na terapeutických a preventívnych mikrorias boli generované okrem iného na ulceratívnu kolitídu, gastritídu a anémiu.

Obrázok 4. Plochý fotobioreaktor: používa sa na získanie vedľajších produktov z mikrorias s vysokou pridanou hodnotou a pri experimentovaní. Zdroj: IGV Biotech, z Wikimedia Commons

hnojivá

Mikro riasy sa používajú ako biofertilizátory a pôdne kondicionéry. Tieto fotoautotropné mikroorganizmy rýchlo pokrývajú narušené alebo spálené pôdy, čím sa znižuje riziko erózie.

Niektoré druhy uprednostňujú fixáciu dusíka a umožnili napríklad pestovanie ryže na zaplavenej pôde po stáročia bez pridávania hnojív. Iné druhy sa používajú ako náhrada vápna v komposte.

kozmetika

Deriváty mikro rias sa používajú pri príprave obohatených zubných pást, ktoré odstraňujú baktérie spôsobujúce zubný kaz.

Krémy, ktoré takéto deriváty obsahujú, sa vyvinuli tiež pre svoje antioxidačné a ultrafialové ochranné vlastnosti.

Obrázok 5. Zachovanie mikrorias v bankách alebo kmeňoch. Zdroj: CSIRO

Čistenie odpadových vôd

Mikro riasy sa používajú v procesoch transformácie organických látok z odpadových vôd, vytvárania biomasy a upravenej vody na zavlažovanie. V tomto procese mikroriasy poskytujú potrebný kyslík pre aeróbne baktérie, čím degradujú organické znečisťujúce látky.

Ukazovatele znečistenia

Vzhľadom na ekologický význam mikrorias ako primárnych producentov vodného prostredia sú indikátorovými organizmami znečistenia životného prostredia.

Okrem toho majú veľkú toleranciu voči ťažkým kovom, ako sú meď, kadmium a olovo, ako aj voči chlórovaným uhľovodíkom, a preto môžu byť indikátormi prítomnosti týchto kovov.

bioplyn

Niektoré druhy (napríklad Chlorella a Spirulina) sa používajú na čistenie bioplynu, pretože okrem súčasného regulovania pH média spotrebúvajú oxid uhličitý ako zdroj anorganického uhlíka.

biopalivá

Biosyntéza mikro rias syntetizuje širokú škálu komerčne zaujímavých bioenergetických vedľajších produktov, ako sú tuky, oleje, cukry a funkčné bioaktívne zlúčeniny.

Obrázok 6. Kultivátory mikroorias karuselu, ktoré sa používajú pri hromadnom pestovaní mikrorias v kozmetickom a potravinárskom priemysle. Zdroj: JanB46, z Wikimedia Commons

Mnohé druhy sú bohaté na lipidy a uhľovodíky vhodné na priame použitie ako vysokoenergetické kvapalné biopalivá na úrovniach vyšších ako sú úrovne prítomné v suchozemských rastlinách a majú tiež potenciál ako náhrady za rafinérske produkty fosílnych palív. To nie je prekvapujúce, pretože sa predpokladá, že väčšina oleja pochádza z mikrorias.

Podrobne sa študoval jeden druh, najmä Botryococcus braunii. Predpokladá sa, že úroda ropy z mikrorias bude až 100-krát vyššia ako v prípade poľnohospodárskych plodín, od 7 500 do 24 000 litrov oleja na aker za rok v porovnaní s repkou a palmou, pri 738 a 3690 litroch. ,

Referencie

1. Borowitzka, M. (1998). Komerčná výroba mikrorias: rybníky, nádrže, hľuzy a fermentory. J. of Biotech., 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, jedlý mikroorganizmus. Microbiol. 47, 551 - 578, Rev.
3. Ciferri, O. & Tiboni, O. (1985). Biochémia a priemyselný potenciál Spiruliny. Ann. Microbiol., 39, 503 - 526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., a kol. (1993). Proces čistenia bioplynu pomocou intenzívnych kultúr mikrorias. Biotech. Letters, 15 (3), 317 - 320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, a Cañizares, RO (2003). Pokroky v koncepčnom návrhu fotobioreaktorov na pestovanie mikro rias. Interciencia, 28 (8), 450 - 456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Kultivované mikro riasy ako krmivo pre akvakultúru. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Systémy a metódy hromadnej kultivácie mikrorias: ich obmedzenia a potenciál. Journal of Applied Phycology, 13, 307 - 315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA, a Abdo de la Parra, MI (1996). Alternatívne zdroje rastlinných bielkovín ako náhrada za krmivo pre akvakultúru rybou múčkou. Príspevok prezentovaný v zborníku tretieho medzinárodného sympózia o výžive akvakultúry, Monterrey, Nuevo León, Mexiko.
9. Olaizola, M. (2003). Komerčný rozvoj biotechnológií mikrorastov: zo skúmavky na trh. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.