Ученые из МФТИ рассмотрели передовые технологии по выращиванию микроводорослей в мире. Благодаря тщательному анализу они предположили, какие организмы этого типа будут наиболее востребованы для промышленного разведения, а также какие технологии более рентабельны. Результаты исследований опубликованы в Biotechnology Journal.
В статье специалисты рассматривают микроводоросли как одноклеточные или колониальные многоклеточные водные организмы, которые являются начальным звеном в большинстве пищевых цепочек, существующих в природе, а также важным источником энергии животного мира.
По мнению ученых, в глобальном масштабе эти организмы привлекательны тем, что требуют меньше земли для организации производства продуктов питания на их основе, чем традиционные растительные культуры или животные. Также важно, что микроводоросли можно выращивать в природных водоемах и океане. Это позволяет в будущем решить проблему нехватки еды в мире.
В настоящее время микроводоросли широко используют в различных биотехнологических процессах. Например, некоторые их виды применяют для производства биотоплива. Другие используют для получения активных добавок к пище для людей и животных, а также удобрения растений. Третьи становятся основой для лекарственных препаратов, омолаживающих и косметических средств.
Некоторые микроводоросли также полезны для очистки водоемов и технических объектов от промышленных загрязнений. Отдельные виды, которые накапливают те или иные вещества, используют для обогащения руд или добычи редкоземельных металлов.
Перспективны разработки, в которых микроводоросли применяют для создания замкнутых систем жизнеобеспечения. Они предполагают создание изолированных сред, в которых обмен энергии и веществ производится независимо от внешнего мира. Такие разработки могут помочь, например, в подготовке дальних космических экспедиций.
«Микроводоросли привлекательны как биотехнологический объект по целому ряду причин. Во-первых, это одна из самых быстрорастущих биомасс на Земле. Во-вторых, это фотосинтезирующие организмы. То есть для их развития необходимы только свет, вода, углекислый газ и минералы. В-третьих, количество и разнообразие веществ, которые могут производить и накапливать микроводоросли, просто колоссальное — начиная от простых элементов таблицы Менделеева и заканчивая сложными биомолекулами — липидами, белками и даже специфическими токсинами, которые могут быть прообразами противораковых препаратов. Корректируя условия выращивания этих организмов, можно изменять профиль соединений, которые они накапливают, и программировать их свойства», — пояснил значение исследования один из авторов, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ Денис Кузьмин.
Помимо этого, в научной работе рассмотрены технологические комплексы для создания промышленных многотоннажных производств на основе микроводорослей. Их центральное звено — фотобиореакторы, устройства, ускоряющие рост биомассы. В статье описаны разные типы такого оборудования и их эффективность для выращивания того или иного вида микроводорослей.
«Мы рассуждаем о горизонтальных, вертикальных и комбинированных установках и о том, как разные конструкции могут повлиять на продуктивность. Также мы анализируем способы манипуляций, которые влияют на качественные характеристики биомассы микроводорослей. К таким факторам относятся объем реактора, интенсивность освещения, температура воды, скорость барбатажа (перемешивания пробулькиванием) и многое другое. Важны и симбиотические отношения одних организмов с другими, и состав минералов и элементов, которые вносят в качестве их питательной базы», — прокомментировал Денис Кузьмин.
Вместе с тем в статье авторы акцентировали внимание на методах генной инженерии и селекции микроводорослей, а также этической составляющей их применения. По мнению авторов, такие вопросы актуальны, так как последствия этих технологий на текущий момент просчитаны недостаточно.
Кроме того, ученые исследовали влияние производств на основе микроводорослей на окружающую среду. В частности, их влияние на парниковый эффект и глобальное изменение климата.
В результате комплексный подход, предложенный авторами, позволит, как на калькуляторе, прикинуть целесообразность применения тех или иных методов культивации микроводорослей с точки зрения их развития в промышленных масштабах.
