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.
Габриелян Д.А., Синетова М.А., Савиных Г.А., Заднепровская Е.В., Гончарова М.А., Булычев Б.Ю., Флерова Е.А., Лобус Н.В.
Carbon Dioxide Bio-Capture and Organic Carbon Production in Two Microalgae Strains Grown Under Different CO2 Conditions
Environments, Gabrielyan, D.A.; Sinetova, M.A.; Savinykh, G.A.; Zadneprovskaya, E.V.; Goncharova, M.A.; Bulychev, B.Y.; Flerova, E.A.; Lobus, N.V. Carbon Dioxide Bio-Capture and Organic Carbon Production in Two Microalgae Strains Grown Under Different CO2 Conditions. Environments 2025, 12, 319. https://doi.org/10.3390/environments12090319 (год публикации - 2025)
10.3390/environments12090319
2. 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)
3.
Габриелян Д.А., Синетова М.А., Савиных Г.А., Заднепровская Е.В., Гончарова М.А., Маркелова А.Г., Габриелян А.К., Габель Б.В., Лобус Н.В.
Productivity and Carbon Utilization of Three Green Microalgae Strains with High Biotechnological Potential Cultivated in Flat-Panel Photobioreactors
Phycology, Gabrielyan, D.A.; Sinetova, M.A.; Savinykh, G.A.; Zadneprovskaya, E.V.; Goncharova, M.A.; Markelova, A.G.; Gabrielian, A.K.; Gabel, B.V.; Lobus, N.V. Productivity and Carbon Utilization of Three Green Microalgae Strains with High Biotechnological Potential Cultivated in Flat-Panel Photobioreactors. Phycology 2025, 5, 43. https://doi.org/10.3390/phycology5030043 (год публикации - 2025)
10.3390/phycology5030043
4. Гончарова М.А., Заднепровская Е.В., Волошин Р.А., Габриелян Д.А., Лобус Н.В., Аллахвердиев С.И. Сравнение фотосинтетического и биохимического профиля зеленой микроводоросли Desmodesmus armatus ARC06 выращиваемой на различных вариантах аэрации «Фотосинтез: современное понимание ключевого процесса биосферы». Сборник тезисов. – Пущино, 2025. – 99 с. , «Фотосинтез: современное понимание ключевого процесса биосферы». Сборник тезисов. – Пущино, 2025. – 99 с. ISBN: 978-5-6050635-2-0 (год публикации - 2025)