MIKROŘASY: VLASTNOSTI, KLASIFIKACE A APLIKACE - BIOLOGIE - 2025

Tyto mikrořasy jsou eukaryotické organismy, photoautotrophs, tj získání energie z lehkého a syntetizovat jejich vlastní jídlo. Obsahují chlorofyl a další doplňkové pigmenty, které jim dodávají velkou fotosyntetickou účinnost.

Jsou jednobuněčné, koloniální - pokud jsou stanoveny jako agregáty - a vláknité (osamělé nebo koloniální). Jsou součástí fytoplanktonu a cyanobakterií (prokaryoty). Phytoplankton je sada fotosyntetických vodních mikroorganismů, které pasivně vznášejí nebo mají sníženou pohyblivost.

Obrázek 1. Volvox (sférický) Zdroj: Frank Fox, přes Wikimedia Commons

Mikrořasy se vyskytují od suchozemského Ekvádoru do polárních oblastí a jsou uznávány jako zdroj biomolekul a metabolitů velkého ekonomického významu. Jsou přímým zdrojem potravin, léčiv, krmiv, hnojiv a paliva a jsou dokonce ukazateli kontaminace.

vlastnosti

Výrobci, kteří používají sluneční zdroj jako zdroj energie

Většina mikrořas je zelené barvy, protože obsahují chlorofyl (tetrapyrrolický rostlinný pigment), fotoreceptor světelné energie, který umožňuje provádět fotosyntézu.

Některé mikrořasy však mají červené nebo hnědé zbarvení, protože obsahují xantofyly (žluté karotenoidní pigmenty), které maskují zelenou barvu.

Stanoviště

Obývají různá sladká a slaná, přírodní a umělá vodní prostředí (například bazény a akvária). Některé jsou schopné růst v půdě, v kyselých stanovištích a uvnitř porézních (endolytických) hornin, na velmi suchých a velmi chladných místech.

Klasifikace

Mikrořasy představují vysoce heterogenní skupinu, protože je polyphyletická, to znamená, že seskupuje druhy potomků různých předků.

Pro klasifikaci těchto mikroorganismů byly použity různé charakteristiky, mezi něž patří: povaha jejich chlorofylů a jejich energetických rezervních látek, struktura buněčné stěny a typ mobility, kterou představují.

Povaha jeho chlorofylů

Většina řas obsahuje chlorofyl typu A a několik z nich představuje další typ chlorofylu, který je z něj odvozen.

Mnoho z nich jsou povinnými fototrofy a nerostou ve tmě. Některé však rostou ve tmě a katabolizují jednoduché cukry a organické kyseliny v nepřítomnosti světla.

Například některé bičíkovci a chlorofyty mohou používat acetát jako zdroj uhlíku a energie. Jiní asimilují jednoduché sloučeniny v přítomnosti světla (fotoheterotropie), aniž by je používali jako zdroj energie.

Uhlíkové polymery jako energetická rezerva

Jako produkt fotosyntetického procesu produkují mikrořasy širokou škálu polymerů uhlíku, které slouží jako energetická rezerva.

Například mikrořasy divize Chlorophyta vytvářejí rezervní škrob (a-1,4-D-glukóza), velmi podobný škrobům vyšších rostlin.

Struktura buněčné stěny

Stěny mikrořas mají značnou rozmanitost struktur a chemického složení. Stěna může být vyrobena z celulózových vláken, obvykle s přídavkem xylanu, pektinu, mananu, alginových kyselin nebo fukcinové kyseliny.

V některých vápenatých nebo koralinových řasách buněčná stěna vykazuje depozici uhličitanu vápenatého, zatímco jiné mají chitin.

Na druhé straně diatomy mají ve své buněčné stěně křemík, ke kterému se přidávají polysacharidy a proteiny a vytvářejí skořepiny bilaterální nebo radiální symetrie (frustuly). Tyto skořápky zůstávají dlouho neporušené a tvoří fosílie.

Euglenoidním mikrořasám na rozdíl od předchozích chybí buněčná zeď.

Typ mobility

Mikrořasy mohou mít bičíky (jako Euglena a dinoflageláty), ale nikdy nemají řasinky. Na druhé straně některé mikrořasy vykazují imobilitu ve vegetativní fázi, jejich gamety však mohou být mobilní.

Biotechnologické aplikace

Krmení lidí a zvířat

V 50. letech 20. století začali němečtí vědci hromadnou kultivaci mikrořas za účelem získání lipidů a bílkovin, které nahradí konvenční živočišné a rostlinné bílkoviny, s cílem pokrýt spotřebu hospodářských zvířat a lidí.

Nedávno se masivní pěstování mikrořas promítlo jako jedna z možností boje proti světovému hladu a podvýživě.

Mikrořasy mají neobvyklé koncentrace živin, které jsou vyšší než koncentrace pozorované u vyšších rostlin. Denní gram mikrořas je alternativou k doplnění nedostatečné stravy.

Výhody jeho použití jako potraviny

Mezi výhody používání mikrořas jako potravin patří:

• Vysoká rychlost růstu mikroalgalů (představují 20krát vyšší výnos než sójové boby na jednotku plochy).
• Při konzumaci malých denních dávek jako doplňku stravy přináší výhody měřené v „hematologickém profilu“ a „duševním stavu“ spotřebitele.
• Vysoký obsah bílkovin ve srovnání s jinými přírodními potravinami.
• Vysoká koncentrace vitamínů a minerálů: požití 1 až 3 gramů vedlejších produktů z mikroalgalů denně, poskytuje značné množství beta-karotenu (provitamin A), vitaminů E a B komplexu, železa a stopových prvků.
• Vysoce energizující zdroj výživy (ve srovnání s ženšenem a pylem shromážděným včely).
• Jsou doporučovány pro trénink s vysokou intenzitou.
• Suchý extrakt z mikrořas je díky své koncentraci, nízké hmotnosti a snadnosti přepravy vhodný jako potravina, která se rychle nezničí, k uložení v očekávání mimořádných situací.

Obrázek 2. Arthrospira je široce používaná a masově kultivovaná cyanobacterium. Zdroj: Joan Simon, oříznutý Perditou (uživatel Wikipedie), prostřednictvím Wikimedia Commons

Akvakultura

Mikrořasy se používají jako potrava v akvakultuře kvůli jejich vysokému obsahu bílkovin (od 40 do 65% v sušině) a jejich schopnosti zvyšovat barvu lososů a korýšů jejich pigmenty.

Například se používá jako potrava pro mlže ve všech fázích jejich růstu; pro larvální stádia některých druhů korýšů a pro raná stádia některých druhů ryb.

Pigmenty v potravinářském průmyslu

Některé pigmenty z mikrořas se používají jako přísady do krmiv ke zvýšení pigmentace kuřecího masa a vaječných žloutků a ke zvýšení plodnosti skotu.

Tyto pigmenty se také používají jako barviva v produktech, jako je margarín, majonéza, pomerančový džus, zmrzlina, sýr a pekařské výrobky.

Obrázek 3. Trubkové fotobioreaktory používané k získání vysoce hodnotných sloučenin z mikrořas. Zdroj: IGV Biotech, z Wikimedia Commons

Lidské a veterinární lékařství

V oblasti humánního a veterinárního lékařství se potenciál mikrořas uznává, protože:

• Snižují riziko různých typů rakoviny, srdečních a očních chorob (díky obsahu luteinu).
• Pomáhají předcházet a léčit ischemickou chorobu srdeční, agregaci krevních destiček, abnormální hladiny cholesterolu a jsou také velmi slibné při léčbě určitých duševních chorob (vzhledem k jejich obsahu omega-3).
• Mají antimutagenní účinek, stimulují imunitní systém, snižují hypertenzi a detoxikují.
• Mají antikoagulační a baktericidní účinek.
• Zvyšují biologickou dostupnost železa.
• Léky založené na terapeutických a preventivních mikrořasách byly generovány mimo jiné pro ulcerativní kolitidu, gastritidu a anémii.

Obrázek 4. Plochý fotobioreaktor: používá se k získání vedlejších produktů mikrořas s vysokou přidanou hodnotou a při experimentech. Zdroj: IGV Biotech, z Wikimedia Commons

Hnojiva

Mikrořasy se používají jako biofertilizátory a půdní kondicionéry. Tyto fotoautotrofní mikroorganismy rychle pokrývají narušené nebo spálené půdy, čímž se snižuje riziko eroze.

Některé druhy upřednostňují fixaci dusíku a umožnily například pěstování rýže na zaplavené půdě po staletí bez přidávání hnojiv. Jiné druhy se používají k nahrazení vápna v kompostu.

Kosmetika

Deriváty mikrořas byly použity při přípravě obohacených zubních past, které vylučují bakterie způsobující zubní kaz.

Krémy, které takové deriváty obsahují, byly také vyvinuty pro jejich antioxidační a ultrafialové ochranné vlastnosti.

Obrázek 5. Zachování mikrořas v bankách nebo kmenech. Zdroj: CSIRO

Čištění odpadních vod

Mikrořasy se používají v procesech přeměny organické hmoty z odpadních vod, při výrobě biomasy a upravené vody pro zavlažování. V tomto procesu poskytují mikrořasy potřebný kyslík pro aerobní bakterie, které degradují organické polutanty.

Indikátory znečištění

Vzhledem k ekologickému významu mikrořas jako primárních producentů vodního prostředí jsou indikátorovými organismy znečištění životního prostředí.

Kromě toho mají velkou toleranci vůči těžkým kovům, jako je měď, kadmium a olovo, jakož i vůči chlorovaným uhlovodíkům, a proto mohou být ukazateli přítomnosti těchto kovů.

Bioplyn

Některé druhy (například Chlorella a Spirulina) se používají k čištění bioplynu, protože kromě současného řízení pH média spotřebovávají oxid uhličitý jako zdroj anorganického uhlíku.

Biopaliva

Mikrořasy biosyntetizují širokou škálu komerčně zajímavých bioenergetických vedlejších produktů, jako jsou tuky, oleje, cukry a funkční bioaktivní sloučeniny.

Obrázek 6. Kultivátory mikrořas typu karuselu, používané při hromadném pěstování mikrořas pro kosmetický a potravinářský průmysl. Zdroj: JanB46, z Wikimedia Commons

Mnoho druhů je bohatých na lipidy a uhlovodíky vhodné pro přímé použití jako vysoce energetická kapalná biopaliva, na úrovních vyšších, než jaké jsou přítomny v pozemních rostlinách, a mají také potenciál jako náhražky rafinérských produktů fosilních paliv. To není překvapující, protože se předpokládá, že většina oleje pochází z mikrořas.

Jeden druh, zejména Botryococcus braunii, byl rozsáhle studován. Předpokládá se, že výtěžek oleje z mikrořas bude až 100krát vyšší než u zemědělských plodin, od 7 500 do 24 000 litrů oleje na akr za rok, v porovnání s řepkou a palmou, na 738 a 3690 litrů.

Reference

1. Borowitzka, M. (1998). Komerční produkce mikrořas: rybníky, nádrže, hlízy a fermentory. J. of Biotech, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). Spirulina, jedlý mikroorganismus. Microbiol. 47, 551-578, Rev.
3. Ciferri, O., & Tiboni, O. (1985). Biochemie a průmyslový potenciál Spiruliny. Ann. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). Proces čištění bioplynu pomocí intenzivních kultur mikrořas. Biotech. Letters, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB a Cañizares, RO (2003). Pokroky v koncepčním návrhu fotobioreaktorů pro kultivaci mikrořas. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). Kultivované mikrořasy jako krmivo pro akvakulturu. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Systémy a metody hromadné kultivace mikroalgalů: jejich omezení 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). Alternativní zdroje rostlinných bílkovin jako náhrada rybí moučky za krmivo pro akvakulturu. Příspěvek prezentovaný ve sborníku třetího mezinárodního sympozia o výživě akvakultury, Monterrey, Nuevo León, Mexiko.
9. Olaizola, M. (2003). Komerční rozvoj biotechnologií mikroalgal: od zkumavky k trhu. Biomolecular Engineering, 20, 459-466.