КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-27-20026
НазваниеСкрининг новых для науки штаммов микроводорослей при решении технологических задач фиксации СО₂ и продукции основных макронутриентов
Руководитель Лобус Николай Васильевич, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук , г Москва
Конкурс №90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-711 - Геоэкология и природопользование
Ключевые слова Микроводоросли, Макронутриенты, Aссимиляция углекислого газа, Технологии улавливания CO₂
Код ГРНТИ87.15.91
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время одним из ключевых направлений технологического развития в мире является разработка «зеленых» технологий, которые позволяют обеспечить необходимый уровень экономического роста без создания дополнительных экологических рисков для окружающей среды. Среди обширного спектра живых организмов, используемых в этих целях, микроводоросли являются наиболее популярным и перспективным объектом исследований, поскольку они находят широкое применение в разных отраслях народного хозяйства.
Уникальность микроводорослей заключается в том, что они могут фиксировать (секвестрировать) углекислый газ из разных источников, в том числе промышленных выхлопных газов. При этом эффективность ассимиляции CO₂ у них многократно выше, чем у наземных растений. За счет эффективной секвестрации CO₂ микроводоросли способствуют развитию биотехнологий улавливания климатически активных газов. Несмотря на то, что в настоящее время эти методы до конца не разработаны, считается, что в долгосрочной перспективе это будет экономически целесообразная, экологически чистая и устойчивая технология фиксациии и вторичного использования CO₂. Наряду с этим,в процессе фиксации CO₂ микроводоросли синтезируют широкий спектр разнообразных органических соединений. Это позволяет рассматривать их в качестве альтернативных и промышленно перспективных источников основных компонентов питания (белки, жиры, углеводы) и других биологически активных соединений, обеспечивая устойчивое производство многих коммерческих продуктов с высокой добавленной стоимостью.
Реализация Проекта направлена на решение важных теоретических и прикладных задач, связанных с поиском и скринингом новых для науки штаммов микроводорослей, оценкой их биотехнологического потенциала и разработкой вопросов биологических методов фиксации климатически активных газов (CO₂) и продукции компонентов питания. Мы планируем исследовать эффективность ассимиляции CO₂ и одновременно охарактеризовать продуктивность целевых макронутриентов (белки, жиры, углеводы) у двух новых для науки штаммов микроводорослей Desmodesmus armatus (штамм ARC06) и Tribonema minus (штамм ARC10), выращенных при низкой и высокой концентрации CO₂ в газовоздушной смеси, потсупающей в биореактор.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В результате проведенных исследований, направленных на изучение роста и накопления органического углерода у микроводорослей D. armatus (ARC 06) и T. minus (ARC 10) в условиях различного содержания углекислого газа (CO₂), были получены значимые данные, касающиеся как продуктивности этих штаммов, так и их биохимического состава.
Для штамма D. armatus (ARC 06) было установлено, что при низком (400 ppm, воздух) и высоком (1.5%) содержании CO₂ средняя биомасса составила 2.72±0.8 и 4.47±0.2 г сухой массы на литр, соответственно. Средняя скорость фиксации углекислого газа составила 589±85 и 932±115 мг CO₂/л/сут соответственно, что подтверждает высокую ассимиляционную способность данного штамма при увеличении содержания CO₂. Общее количество органического углерода (ОУ), синтезированного D. armatus за 9 суток, составило 1.48±0.45 и 2.33±0.28 г ОУ на литр.
В отличие от D. armatus, штамм T. minus (ARC 10) показал более низкие значения продуктивности при низких концентрациях CO₂, но значительно увеличил скорость фиксации углекислого газа до 1440±121 мг CO₂/л/сут при высоком содержании CO₂. Это может свидетельствовать о том, что T. minus обладает высокой адаптивной способностью к изменениям в концентрации CO₂, что делает его перспективным для дальнейших исследований в области биосеквестрации углерода.
Анализ биохимического состава показал, что при низком содержании CO₂ в ГВС, D. armatus содержал 16.5±4.8% белков, 28.36±3.22% жиров и 21.8±2.85% углеводов, в то время как при высоком содержании CO₂ наблюдалось значительное увеличение доли углеводов до 78.3±8.24%. Это изменение в распределении макронутриентов указывает на то, что при высоком CO₂ происходит акцент на накопление углеводов, что может быть связано с их ролью в энергетическом обмене и хранении углерода.
Калорийность биомассы D. armatus составила 17.4±2.41 Дж на 1 мг сухой массы при низком уровне CO₂ и возросла до 22.3±1.89 Дж при высоком уровне CO₂, что подтверждает важность углеводов как основного источника энергии в условиях повышенной концентрации CO₂. В то же время, для T. minus не удалось получить точные данные о калорийности из-за низкого содержания основных макронутриентов, что подчеркивает необходимость дальнейшего изучения его биохимического состава.
Результаты исследования подчеркивают важность оптимизации условий культивирования микроводорослей для достижения максимальной продуктивности и эффективности ассимиляции углекислого газа. В частности, увеличение освещенности и использование высоких концентраций CO₂ могут значительно повысить урожайность и содержание органического углерода, что имеет практическое значение для разработки технологий биосеквестрации CO₂ и декарбонизации.
В дальнейшем исследование должно сосредоточиться на поиске и отборе штаммов, демонстрирующих максимальную продуктивность, а также на изучении альтернативных путей ассимиляции углерода, что может привести к созданию более эффективных систем для улавливания и хранения углекислого газа. Полученные данные могут стать основой для разработки новых подходов к решению проблемы изменения климата и устойчивого использования ресурсов, что имеет важное значение для будущего устойчивого развития.
Публикации
1. Лобус Н.В., Габриелян Д.А., Синетова М.А., Куликовский М.С Эффективность ассимиляции СО2 и накопление органического углерода в микроводорослях при различных режимах культивирования Водоросли: проблемы таксономии и экологии, использование в мониторинге и биотехнологии. Материалы VII Всероссийской научной конференции с международным участием (г. Владивосток, Россия, 16—20 сентября 2024 г.). — Владивосток: 2024. — 129 с. (год публикации - 2024)