В лаборатории глубокой переработки биомассы Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий изучают физиологию фототрофных микроорганизмов — микроводорослей и цианобактерий. Эти микроорганизмы способны синтезировать и накапливать ценные биологически активные соединения: фикобилипротеины, хлорофиллы, каротиноиды, эссенциальные жирные кислоты.
Лаборатория глубокой переработки биомассы / © Пресс-служба НИЦ «Курчатовский институт»
Ученые работают над совершенствованием методов культивирования фототрофных микроорганизмов и извлечения из биомассы полезных веществ для дальнейшего использования.
«Один из модельных объектов исследования — цианобактерия Arthrospira platensis. Этот микроорганизм синтезирует С-фикоцианин — пигмент-белковый комплекс насыщенного синего цвета, который широко применяется в качестве красителя в пищевой и косметической промышленности, — рассказывает Яна Сергеева, начальник лаборатории глубокой переработки биомассы НИЦ «Курчатовский институт». — Также в результате многочисленных исследований установлено, что С-фикоцианин обладает антиоксидантными свойствами. Кроме того, результаты опытов in vitro и in vivo доказали его фармакологическую активность, что открывает перспективы для использования этого вещества в медицине».
Вместе с опытными учеными исследованиями A. platensis на площадке Курчатовского института занимаются студенты и аспиранты различных вузов. Они изучают влияние различных факторов на рост цианобактерии и накопление ценных метаболитов, оптимизируют способы выделения и очистки С-фикоцианина.
«Мы изучаем возможность направленного воздействия на синтез цианобактериями целевых соединений путем изменения условий освещения при культивировании. Выяснилось, что интенсивность света, как и длина волны света, влияет на скорость роста A. platensis, соотношение фотосинтетических пигментов, а также на степень ненасыщенности клеточных липидов. Таким образом, при правильном управлении адаптационными механизмами выживания цианобактерии в неблагоприятных условиях можно повысить выход биомассы», — рассказывает Влада Хлевная, аспирантка МГУ имени М. В. Ломоносова.
Еще один молодой исследователь, Олег Однорал, магистрант МЭИ, отмечает: увеличение длины волны монохромного источника освещения — от синего к красному — способствует ускорению роста бактерий. Использование смешанного освещения (красных и синих светодиодов) вместо традиционных люминесцентных ламп привело к значительному увеличению выхода биомассы и С-фикоцианина.
— Конечным результатом может стать создание универсальных панелей освещения для фотобиореакторов, что обеспечит высокий выход биомассы и ценных соединений с меньшими энергозатратами.
Тематика Екатерины Дьяченко, студентки Московского политехнического университета, — рост Arthrospira platensis на питательной среде, где вместо водопроводной воды взяты поверхностные сточные воды. По ее данным, такая альтернатива вполне возможна: «Статистически значимых различий как в скорости роста, так и в количестве накопленной биомассы выявлено не было». Для промышленного культивирования это означает возможность снижения расхода водопроводной воды. Кроме того, Е. Дьяченко исследует перспективы применения биомассы A. platensis в качестве биоудобрений (на модели выращивания кресс-салата).
Сергей Викторов, студент МФТИ, занимается оптимизацией процессов выделения С-фикоцианина из биомассы цианобактерии:
— В результате проведенных исследований подобраны оптимальные методы выделения и очистки С-фикоцианина, исключая традиционно используемую стадию хроматографической очистки. При этом обеспечивается достаточный выход конечного продукта. А индекс чистоты полученного нами С-фикоцианина соответствует требованиям для применения данного соединения в терапевтических целях — например, в качестве компонента ранозаживляющих покровных материалов.
