Российские ученые из Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН (ИФР РАН) разработали лабораторную систему и экспериментальные фотобиореакторы для интенсивного культивирования микроводорослей. Об этом рассказал участник исследований на секции «Продовольственная и экологическая безопасность» Международной научной конференции «Наука будущего», прошедшей в Орле на прошлой неделе.
Микроводоросли быстро размножаются и наращивают биомассу, поэтому становятся отличным кормом для животных или удобрением. При обработке из них можно сделать пищевые добавки и продукты для людей. Их можно модифицировать и заставить производить нужные вещества, в том числе чтобы получать косметику, фармацевтические препараты, биотопливо (почти биодизель, как выразился ученый). Но для ускорения их роста нужно выделять каждый штамм и изучать его «индивидуальные предпочтения». Такой работой, которая помогает получать больше сырья в более короткие сроки, и занялись ученые из Института физиологии растений им. Тимирязева РАН.
«Благодаря культивированию мы можем получат сырье даже от растений, которые не встречаются в России и сохранять преимущества природного сырья при более высокой продуктивности. Производить сырье в лаборатории можно круглый год, и для этого не нужны земельные площади. Еще один плюс культивирования микроводорослей в лаборатории в том, что легко достичь стандартные показатели синтеза необходимых веществ. Такое сырье не будет контаминировано, ведь водоросли растут в стерильных условиях, и не будет содержать химических загрязнителей», — рассказал автор работы Давид Габриелян, старший научный сотрудник, кандидат технических наук Лаборатории экофизиологии микроводорослей ИФР РАН, кандидат технических наук.
Лаборатория получила мегагрант на 2019–2021 годы для работы на уникальных научных установках. Коллектив использовал три из них — Всероссийскую коллекцию культур клеток высших растений ИФР РАН, содержащую 117 генетических линий (ученым удалось пополнить ее десятью новыми штаммами-продуцентами), Коллекцию микроводорослей и цианобактерий ИФР РАН (в нее тоже были внесены новые образцы) и опытный биотехнический комплекс ИФР РАН с ферментерами до 600 литров, на котором можно наработать много биомассы. Такой огромный размер важен для перехода от чисто лабораторных экспериментов к производству, поскольку одноклеточные могут отлично расти в небольших сосудах и совершенно не размножаться при масштабировании, даже если все остальные условия — концентрация веществ в растворе, уровень кислорода, углекислого газа, температура, освещенность и так далее — остаются теми же.
Ученые модернизировали линию лабораторных установок, отработали цикл производства и создали новые биореакторые системы для культивирования микроводорослей и цианобактерий. Свой выбор они остановили на плоскостных фотобиореакторах. В них изучали характеристики разных штаммов микроводорослей, в том числе их оптимальные условия для роста и синтеза различных веществ. Ученые создали лабораторную систему для интенсивного культивирования микроводорослей с регулированием температуры, освещенности и подачи газов, а также с возможностью выращивать микроводоросли в четыре цикла, отличающихся по восьми параметрам (подробнее о ее характеристиках можно прочитать в статье).
Для микроводорослей Chlorella sorokiniana штамма IPPAS C-1 лучшими условиями оказалась температура 30–32 ºС при 1,5–3% содержания CO2. В фотобиореакторах от 0,25 до 100 литров, разработанных в ИФР РАН, подобрали оптимальные условия, чтобы культивировать Chlorella sorokiniana IPPAS С-1, C. vulgaris IPPAS C-2 и Parachlorella kessleri IPPAS C-9. За 10 дней при таком масштабировании биомассу удалось увеличить в 168 раз.
«По итогам этой работы мы опубликовали 54 статьи в журналах списка WoS, запустили сотрудничество с семью лабораториями и компаниями. Кроме того, на наших данных защитилось четыре кандидата наук, три магистра и пять бакалавров. Результаты разработок по другому направлению мегагранта, посвященному выращиванию клеток высших растений, уже внедрены в Химико-биологическом объединении "Фирма ВИТА" и компании BioPharmos Group», — отмечает Давид Габриелян.
Культивирование водорослей удалось масштабировать от небольших лабораторных сосудов до уровня пилотного производства. В дальнейшем оно позволит оценить, будет ли экономически выгодной выработка сырья в полупромышленных объемах.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
