آرایشی و بهداشتیدیدگاهریزجلبک

افق نوین در صنعت ریزجلبک‌ های قرمز

در بازار ریزجلبک‌ها، ریزجلبک‌های قرمز دریایی جایگاه شناخته‌شده‌ای برای تولید رنگ‌دانه‌های ارزشمند و هیدروکلوئیدها دارند. پژوهش‌های سال‌های اخیر در مورد ریزجلبک‌های دریایی، تولید و شناسایی انواع مولکول‌های زیستی مثل رنگ‌دانه‌ها، پروتئین‌ها، آنزیم‌ها، اسیدهای چرب اشباع نشده و سوخت‌های زیستی را در پی داشته است.


دسته‌بندی ریزجلبک‌ها بر اساس ترکیب رنگ‌دانه‌ای، این میکروارگانیسم‌ها را به 9 گروه تقسیم می‌کند. ریزجلبک‌های قرمز، قهوه‌ای، سبز و طلایی از مهم‌ترین این گروه‌ها هستند. تنوع گسترده‌ ریزجلبک‌ها، منجر به تنوع در آنزیم‌ها و مسیرهای سوخت و ساز می‌شود. با کمک این تنوع، می‌توان در صنعت بسیاری از مواد ارزشمند را به‌صورت پایدار تولید کرد.

از بین 800 هزار گونه ریزجلبکی که وجود دارد، تنها 10 گونه به‌صورت صنعتی کشت می‌شود. برخی از جنس‌های ریزجلبک‌های قرمز، مثل پورفیریدیوم یا رودلا (Rhodella) از جمله‌ این موارد هستند. این ریزجلبک‌ها منبع مناسبی برای تولید پلی‌ساکاریدها، فیکوبیلی پروتئین‌ها و اسیدهای چرب اشباع‌ نشده بلندزنجیر محسوب می‌شوند. فیکواریترین، فیکوسیانین و آلوفیکوسیانین از جمله فیکوبیلی پروتئین‌های موجود در ریزجلبک‌های قرمز هستند.

پلی‌ساکارید‌های ترشحی دومین محصول ارزشمند است که از ریزجلبک‌های قرمز تولید می‌شود. بسیاری از شرکت‌ها از این مواد به‌عنوان عامل فعال‌ زیستی برای تولید مواد آرایشی بهداشتی استفاده می‌کنند. ریزجلبک‌های قرمز توانایی بالقوه‌ای برای تولید مواد آرایشی، غذاداروها، مولکول‌های درمانی و دیگر ترکیبات ارزشمند دارند.

طبقه‌بندی ریزجلبک‌های قرمز

شناسایی گونه‌های ریزجلبک‌های قرمز و به‌طور کلی همه ریزجلبک‌ها، کار دشواری است. از نظر دسته‌بندی، ریزجلبک‌ها هم شامل سیانوباکتری‌های پروکاریوت و هم شامل میکروارگانیسم‌های یوکاریوتی می‌شوند. از نظر تکامل، ریزجلبک‌های یوکاریوتی بعد از سیانوباکتری‌ها و از نتیجه‌ وراثت دو مرحله‌ مستقل درون‌هم‌زیستی (endosymbiosis) پدید آمدند. مرحله اول، ریزجلبک‌های قرمز و سبز و مرحله دوم، ریزجلبک‌های قهوه‌ای، زرد-سبز، طلایی و دیاتوم‌ها را بوجود آورد.

دسته‌بندی‌های متفاوتی تاکنون برای جلبک‌های قرمز تعریف شده است. دو دسته‌بندی اخیر مربوط به Saunders و Hommersand در سال 2004 و Yoon در سال 2006 است. در این دسته‌بندی در کنار جلبک‌های قرمز، یک شاخه با نام Cyanidiophyta، شامل یک رده به اسم Cyanidiophyceae معرفی شد. جلبک‌های قرمز به 3 زیرشاخه شامل 4 رده‌ شناسایی شده تقسیم می‌شوند. تقسیم‌بندی Yoon، با کمک نمونه‌برداری گسترده و مطالعات چندژنی، دسته‌بندی ساده‌تری را برای جلبک‌های قرمز ایجاد کرد (جدول 1). در این دسته‌بندی، جلبک‌های قرمز به دو زیرشاخه جدید با رده‌های متفاوت تقسیم می‌شود.

جدول 1 – دسته‌بندی ریزجلبک‌های قرمز به روش Saunders and Hommersand و Yoon et al

جدول 1 - دسته‌بندی ریزجلبک‌های قرمز به روش Saunders and Hommersand و Yoon et al

بر اساس دسته‌بندی Yoon، ریزجلبک‌های قرمز به دو زیرشاخه Cyanidiophytina و Rhodophytina تقسیم می‌شود. Cyanidiophytina، ریزجلبک‌های قرمزی هستند که در شرایط دشوار (محیط اسیدی، دمای بالا و شرایط دیگر) زندگی می‌کنند. این زیرشاخه دو خانواده‌ Cyanidiaceae و Galdieriaceae را در راسته‌ Cyanidiales شامل می‌شود.

با اینکه صنعت زیست‌فناوری تنها چندگونه از ریزجلبک‌های قرمز را به کار گرفته است، اما این ریزجلبک‌ها طیف وسیعی از گروه‌ها را شامل می‌شود که هنوز مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. گونه‌های پورفیریدیوم و رودلا از جمله نمونه‌های با کاربرد صنعتی هستند.

جدول 2- وضعیت و وابستگی ریخت‌شناسی ریزجلبک‌های قرمز

رده

راسته

خانواده

سرده

تعداد گونه‌ها

نمونه گونه‌ها

شکل جلبک

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Cyanidiaceae

Cyanidioschyzon

1

merolae

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Cyanidiaceae

Cyanidium

1

caldarium

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Cyanidiaceae

Pluto

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Cyanidiaceae

Rhodococcus

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Galdieriaceae

Galdieria

5

daedala

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Galdieriaceae

Galdieria

5

maxima

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Galdieriaceae

Galdieria

5

partita

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Galdieriaceae

Galdieria

5

phlegrea

ریز- تک سلول

Cyanidiophyceae

Cyanidiales

Galdieriaceae

Galdieria

5

sulphuraria

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Phragmonemataceae

Glauconema

3

ramosum

درشت جلبک

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Chaos

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Erythrolobus

3

australicus

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Erythrolobus

3

coxiae

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Erythrolobus

3

madagascarensis

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Flintiella

1

sanguinaria

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Porphyridium

5

aerugineum

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Porphyridium

5

purpureum

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Porphyridium

5

sordidum

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Rhodoplax

1

schinzii

ریز- تک سلول

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Sarcoderma

Porphyridiophyceae

Porphyridiales

Porphyridiaceae

Timspurckia

1

oligopyrenoides

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Dixoniellales

Dixoniellaceae

Bulboplastis

1

apyrenoidosa

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Dixoniellales

Dixoniellaceae

Dixoniella

1

grisea

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Glaucosphaerales

Glaucosphaeraceae

Glaucosphaera

1

vacuolata

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Glaucosphaerales

Glaucosphaeraceae

Neorhodella

1

cyanea

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Glaucosphaerales

Glaucosphaeraceae

Rhodella

2

violacea

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Glaucosphaerales

Glaucosphaeraceae

Rhodella

2

Maculate

ریز- تک سلول

Rhodellophyceae

Glaucosphaerales

Glaucosphaeraceae

Corynoplastis

1

japonica

ریز- تک سلول

Stylonematophyceae

Rufusiales

Rufusiaceae

Rufusia

1

pilicola

ریز- تک سلول

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Bangiopsis

3

franklynottii

ریز- رشته‌ای

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Chroodactylon

2

ornatum

ریز- رشته‌ای

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Chroothece

8

richteriana

ریز- کلونی

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Colacodyction

درشت جلبک

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Empselium

1

rubrum

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Goniotrichiopsis

درشت جلبک

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

kyliniela

درشت جلبک

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Neevea

1

repens

ریزریسه بزرگ‌تر از 2mm

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Petrovanella

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Purpureofilum

1

درشت- رشته‌ای

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Rhodaphanes

2

brevistipitata

ریز- رشته‌ای

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Rhodosorus

2

marinum

ریز- تک سلولی

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Rhodospora

1

sordida

ریز- تک سلولی

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Stylonema

13

alsidii

ریز/ درشت رشته‌ای

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Tsunamia

1

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Vanhoeffenia

Stylonematophyceae

Stylonematales

Stylonamataceae

Zachariasia

تک سلول- کلونی

ویژگی‌های ریخت‌شناسی و فیزیولوژیکی ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز بسته به نوع گونه و مرحله رشد اندازه‌های متفاوت دارند (جدول 3). یکی از ویژگی‌های اصلی این میکروارگانیسم‌ها نداشتن دیواره سلولی و وجود لعاب پلی‌ساکاریدی اطراف سلول است. بسته به شرایط کشت، بخشی از این لعاب ممکن است در محیط کشت حل شده و گرانروی سامانه افزایش یابد (شکل 1). در برخی از گونه‌های ریزجلبک‌های قرمز دستگاه گلژی، پلی‌ساکارید ترشحی (EPS) تولید می‌کند. دانه‌های نشاسته (نشاسته فلوریدین یا فیتوگلیکوژن) معمولاً در سیتوپلاسم ظاهر شده و بین اجزای مختلف سلولی قرار می‌گیرد.

شکل 1- ساختار داخلی ریزجلبک‌های قرمز
شکل 1- ساختار داخلی ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز ارگانیسم‌های دریایی و بدون تاژک هستند. شکل برخی از گونه‌ها بیضی یا کروی است. برخی دیگر نیز به‌صورت مصنوعی به هم چسبیده و حالت رشته‌ای را برای گروه ایجاد می‌کنند (جزئیات بیشتر در جدول 3). معمولاً ریزجلبک‌های قرمز تک‌کلروپلاست جداره‌ای (parietal) و چند قطعه‌ای (multi-lobe) با رنگ‌های مختلف دارند (سبز، آبی، زرد یا نارنجی). در بیشتر مواقع، یک پیرنوئید تکِ مرکزی یا بیرون از مرکز و به شکل کروی تا بیضوی در کلروپلاست ریزجلبک‌های قرمز وجود دارد. پیرنوئید یک قسمت ریز و زیرسلولی در کلروپلاست است که در ساز و کار غلظت دی‌اکسیدکربن (CO2-concentration mechanism) مشارکت می‌کند.

جدول 3- ویژگی‌های ریزجلبک‌های قرمز

گونه

ماهیت شبکه

شکل

اندازه (میکرون)

کلروپلاست

میتوکندری

واکوئل

رنگ‌دانه

محصولات ذخیره‌ای

تکثیر جنسی/ غیرجنسی

Cyanidioschyzon

لعاب

بیضی

1 تا 4

کلروپلاست سبز-آبی جداره‌ای، چندریختی (بدون پیرنوئید)

1

تعیین نشده

کلروفیل‌آ

C-PC

فیتوگلیکوژن

گزارش نشده

Cyanidium

لعاب

کروی

1.5 تا 6

کلروپلاست سبز-آبی، جداره‌ای، شکل بشقاب (بدون پیرنوئید)

1

توصیف شده در سلول‌های قدیمی‌تر

PC

نشاسته

گزارش نشده

Galdieria

لعاب

کروی

3 تا 11

کلروپلاست سبز-آبی جداره‌ای، چند قطعه (بدون پیرنوئید)

چند تا

سامانه واکوئلی

کلروفیل‌آ

C-PC

نشاسته فلوریدین

گزارش نشده

Erythrolobus

تعیین نشده

کروی/ بیضی

5 تا 12

کلروپلاست قرمز درخشان، جداره‌ای، چند قطعه (پیرنوئید مرکزی)

1

واکوئل‌های کوچک

B-PE

R-PC

APC

نشاسته فلوریدین

غیرجنسی (شکافت یاخته)

Flintiella

ژلاتینی

کروی

9 تا 20

کلوپلاست بزرگ، جداره‌ای، مایل به قرمز (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

PE

R-PC

کلروفیل‌آ

زئاگزانتین

بتاکاروتن

نشاسته فلوریدین

غیرجنسی (تقسیم سلولی)

پورفیریدیوم

لعاب

کروی/ تخم مرغی

5 تا 16

کلروپلاست ستاره‌ای (پیرنوئید مرکزی برجسته)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

Rhodoplax

ژلاتینی

کروی، بیضی

10 تا 18

کلروپلاست تک، جداره‌ای (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (هاگ خودکار و زئوسپور)

Bulboplastis

لعاب

کروی

6.5 تا 23

کلروپلاست سبزِ خاکستری، چند قطعه (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (شکافت یاخته)

Dixoniella

لعاب

کروی

8.5 تا 17

کلروپلاست سبز زیتونی تا سبز خاکستری، چند قطعه (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

بدون فیکوبیلیزوم

تعیین نشده

غیرجنسی (شکافت یاخته)

Neorhodella

تعیین نشده

کروی

22 تا 40

کلروپلاست بزرگ، پیرامون محیط، سبز-آبی، چند قطعه (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

فیکوبیلیزوم‌های پراکنده و متقابل

تعیین نشده

تعیین نشده

Rhodella

لعاب

کروی

تعیین نشده

کلروپلاست بزرگ، قطعه‌ای و جداره‌ای (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

فیکواریترینB نوع II

تعیین نشده

غیرجنسی (شکافت یاخته)

Corynoplastis

لعاب

کروی

18 تا 33

کلروپلاست تک یا چند قطعه (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

Rufusia

تعیین نشده

شبه رشته‌ای با سلول‌های کروی/ بیضی

(5.5 تا 15)

در

(3.5 تا 10)

کلروپلاشست بنفش/ قرمز، جداره‌ای، صفحه‌ای تا نواری مانند (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (درون‌هاگ)

Chroodactylon

ژلاتینی

شبه رشته‌ای با سلول‌های کروی / بیضی

(3 تا 16) در (6 تا 20)

کلروپلاست سبزآبی، ستاره‌ای، محوری (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (تک هاگ و قطعه قطعه شدن)

Chroothece

ژلاتینی

بیضی/ استوانه

(20 تا 30) در (30 تا 45)

کلروپلاست محوری، ستاره‌ای، سبزآبی تا زردقهوه‌ای یا نارنجی (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (تقسیم سلولی)

Stylonema

لعاب

شبه رشته‌ای

تعیین نشده

کلروپلاست تک و ستاره‌ای (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

فیکواریترینB

تعیین نشده

غیرجنسی (archeospores)

Empselium

لعاب

شبه رشته‌ای با سلول‌های چیده شده در یک یا چند ردیف

تعیین نشده

کلروپلاست تک، نواری و جداره‌ای

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

ناشناخته

Goniotrichiopsis

لعاب

شبه رشته‌ای

تعیین نشده

کلروپلاست چندین قطعه‌ای و قرص مانند (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

فیکواریترینB

تعیین نشده

غیرجنسی (archeospores)

Neevea

لعاب

شبه رشته‌ای

تعیین نشده

کلروپلاست چندین قطعه‌ای و قرص مانند یا نا منظم (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (archeospores)

Purpureofilum

شبکه تمیز

رشته‌های تک و چند ردیفی

10 تا 25

کلروپلاست چند قطعه، رنگ جگری تا ارغوانی (بدون پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (تک هاگ)

Rhodaphanes

تعیین نشده

تک یا چند ردیفی، چماقی شکل

تعیین نشده

کلروپلاست خاکستری مایل به یاقوتی تا زرد دارچینی، چند قطعه، (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

غیرجنسی (archeospores)

Rhodosorus

شبکه تمیز

تعیین نشده

4 تا 9

پلاستید چند قطعه‌ای و جداره‌ای (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

نشاسته فلوریدین

غیرجنسی (تقسیم سلولی)

Rhodospora

ژلاتینی

تعیین نشده

18

کلروپلاست جداره‌ای، قرمز- بنفش تا سبز زیتونی/ زرد (پیرنوئید)

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

نشاسته فلوریدین

غیرجنسی (تقسیم سلولی)

Tsunamia

تعیین نشده

رشته‌ای با سلول‌های اپیکال

تعیین نشده

کلروپلاست تک، پیرامون محیط، ارغوانی تا صورتی، چند قطعه

تعیین نشده

واکوئل مرکزی

تعیین نشده

تعیین نشده

تعیین نشده

ویژگی‌های فیزیولوژی ریزجلبک‌های قرمز به‌خاطر وجود تعداد بسیار زیاد رنگ‌دانه‌های حساس به نور است. در واقع فیکوبیلینِ جلبک‌های قرمز از چهار پروتئین فیکواریترین (PE)، فیکوسیانین (PC)، فیکواریتروسیانین (Phycoerythrocyanin-PEC) و آلوفیکوسیانین (APC) تشکیل می‌شود (شکل 2). این رنگ‌دانه‌ها نور را در طول موج‌های بین 490 تا 650 نانومتر جذب می‌کنند. به‌خاطر این سامانه جذب نور، ریزجلبک‌های قرمز تا عمق 250 متری دریا یافت می‌شوند.

شکل 2- طرح ساختاری فیکوبیلیزوم در ریزجلبک‌های قرمز
شکل 2- طرح ساختاری فیکوبیلیزوم در ریزجلبک‌های قرمز

داده‌های ژنومی و سوخت و ساز در ریزجلبک‌های قرمز

داده‌های ژنومی ریزجلبک‌های قرمز اطلاعات مفیدی درباره مسیر سوخت و ساز، فیزیولوژی، سازگاری محیطی و تکامل در اختیار قرار می‌دهد. تعیین توالی کامل ژنوم‌های میتوکندری، پلاسمید و هسته برای 30 گونه ریزجلبکی وجود دارد. در این بین، تنها 3 مورد توالی‌یابی برای ریزجلبک‌های قرمز Cyanidioschyzon merolae ،Galdieria sulphuraria و Porhyridium purpureum صورت گرفته است (جدول‌های 4 تا 6).

جدول 4- ویژگی‌های ساختاری ژنوم‌های هسته برای چند نمونه از ریزجلبک‌های قرمز

ویژگی‌هاC. merolaeG. sulphurariaP. purpureum
اندازه ژنوم (Mbp)16.513.719.7
تعداد کروموزوم‌ها20.002.0داده موجود نیست
تعداد ژن‌ها5335داده موجود نیست8355
ژن‌های حاوی اینترون (%)0.550.02.8
GC (%)55داده موجود نیستداده موجود نیست

 

جدول 5- ویژگی‌های ساختاری پلاستید برای چند نمونه از ریزجلبک‌های قرمز

ویژگی‌هاC. merolaeG. sulphurariaP. purpureum
اندازه ژنوم (kbp)149.9167.7217.6
تعداد ژن‌ها207.0داده موجود نیست224.0
تعداد اینترون‌ها000
GC (%)37.628.530.3

 

جدول 6- ویژگی‌های ساختاری میتوکندری برای چند نمونه از ریزجلبک‌های قرمز

ویژگی‌هاC. merolaeG. sulphurariaP. purpureum
اندازه ژنوم (kbp)32.22121.428داده موجود نیست
تعداد ژن‌ها72.028.0داده موجود نیست
تعداد اینترون‌ها00داده موجود نیست
GC (%)27.143.09داده موجود نیست

توالی‌یابی ریزجلبک‌های قرمز ویژگی‌های منحصر به فردی را برای برخی از این میکروارگانیسم‌ها مشخص کرده است. نبود اینترون‌ها در ژنوم و درجه پایین فراوانی ژنتیکی (genetic redundancy) و بخش کدگذاری بزرگ از جمله ویژگی‌های منحصر به فرد در ریزجلبک‌های قرمز محسوب می‌شود.

ریزجلبک‌های قرمز C. merolae به‌دلیل سادگی ساختار ژنومی یکی از ابتدایی‌ترین یوکاریوت‌های فوتوسنتزی به‌حساب می‌آید. شناسایی کامل ژن‌های این گونه کمک فراوانی برای تولید‌های محصولات فراهم می‌کند. به‌عنوان مثال، شناسایی کامل ژن‌های درگیر در تولید لیپید برای این ریزجلبک، این امکان را به‌وجود می‌آورد تا بتوان در دیگر اعضای رده‌ Cyanidiophyceae طرح کامل سوخت و ساز لیپید را طراحی کرد. علاوه بر این، شناخت کامل ساز و کار فوتوسنتز در این ریزجلبک، نقش مهمی در فهم و شناخت سامانه‌های فتوسنتزی در دیگر ریزجلبک‌های قرمز ایفا می‌کند.

کشت ریزجلبک‌های قرمز و عوامل مؤثر بر آن

در کشت ریزجلبک‌های قرمز (و به‌طور کلی همه میکروارگانیسم‌ها) ترکیب محیط کشت و شرایط عملیاتی عوامل مهم در رشد سلول محسوب می‌شود. ترکیبات محیط کشت، مثل منبع کربن، نیتروژن، فسفات و سولفات تأثیر مهمی در تولید زیست‌توده و همچنین محصولاتی مثل اسیدهای چرب، رنگ‌دانه و دیگر مواد دارد. علاوه بر این، شرایط عملیاتی، شامل دما، پی‌هاش و شدت و کیفیت نور از دیگر مواردی است که در کشت ریزجلبک‌ها در نظر گرفته می‌شود.

تأثیر نور در کشت ریزجلبک‌های قرمز

نور یکی از عوامل مهم در سرعت رشد ریزجلبک‌های قرمز است. در شرایط تاریکی، در برخی از سلول‌ها تنفس اتفاق می‌افتد که مصرف قندهای ذخیره‌ای را در پی دارد. بسته به میزان نور، تولید یا مصرف اکسیژن در ریزجلبک‌های قرمز متفاوت است. بیشترین تولید اکسیژن (حداکثر رشد با فوتوسنتز) در نقطه اشباع نور اتفاق می‌افتد (شکل 3). برخی از ریزجلبک‌ها نسبت به افزایش شدت نور مقاوم هستند؛ با این حال، ریزجلبک‌های قرمز به‌خاطر ماهیت زندگی در اعماق نمی‌توانند شرایط نور شدید را تحمل کنند.

شکل 3- تأثیر شدت نور روی رشد ریزجلبک‌های قرمز
شکل 3- تأثیر شدت نور روی رشد ریزجلبک‌های قرمز

 

در کشت ریزجلبک‌های قرمز دوره نوردهی نیز نقش مؤثری دارد. دوره‌های روشنایی برای این ریزجلبک می‌تواند از 24، 16 و 12 ساعت متغیر باشد. علاوه بر این، کیفیت نور روی سرعت رشد و رنگ‌دانه‌های تولید شده اثر می‌گذارد. به‌عنوان نمونه در رشد یکی از گونه‌های پورفیریدیوم، نورهای آبی (400 تا 500 نانومتر) و قرمز (600 تا 700 نانومتر) تقریباً یکسان و بهتر از نور سفید عمل می‌کنند. همچنین، با استفاده از نور قرمز با شدت بالا، مقدار فیکواریترین کاهش و مقدار فیکوسیانین و آلوفیکوسیانین افزایش می‌یابد.

منبع کربن در کشت ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز عموماً اوتوتروف هستند، یعنی کربن مورد نیاز خود را با دی‌اکسید کربن (به‌شکل گازی یا بی‌کربنات) تأمین می‌کنند. در مقیاس سلولی، دی‌اکسیدکربن می‌تواند به‌صورت انتقال فعال سلولی (active) یا غیرفعال (passive) وارد سلول شود.

دیواره سلولی برخی از ریزجلبک‌های قرمز برای امکان ورود یون بی‌کربنات، یون هیدوژن آزاد می‌کند. این یون با بی‌کربنات واکنش داده و تبدیل به دی‌اکسید کربن شده و در دسترس سلول قرار می‌گیرد. یا اینکه، بی‌کربنات به‌صورت مستقیم و به‌کمک انتقال فعال وارد سلول شده و در آنجا توسط آنزیم‌های کربنیک انیدراز به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌شود (شکل 4). برخی دیگر از ریزجلبک‌های قرمز که میکسوتروف هستند، بسته به شرایط کشت می‌توانند دی‌اکسید کربن یا کربن آلی را مصرف کنند. قابلیت ورود فعال مواد و محل واکنش برای مصرف کربن در شکل 4 نشان داده شده است.

 

شکل 4- جذب کرین آلی و معدنی در ریزجلبک‌های قرمز
شکل 4- جذب کرین آلی و معدنی در ریزجلبک‌های قرمز

 

کشت میکسوتروف، اتوتروف یا هتروتروف ریزجلبک‌های قرمز در میزان تولید زیست‌توده، محصولات، کنترل آلودگی و هزینه‌ها با هم تفاوت دارند. به‌عنوان مثال، در کشت هتروتروف، با اینکه میزان تولید زیست‌توده با مصرف قند افزایش می‌یابد، هم‌زمان احتمال آلودگی محیط کشت توسط دیگر میکروارگانیسم‌ها بیشتر می‌شود. یا اینکه تولید رنگ‌دانه‌ها، فقط در شرایط کشت اوتوتروف صورت می‌گیرد. بنابراین لازم است با توجه به محصول و امکانات در دسترس، روش کشت مناسب انتخاب شود.

منبع نیتروژن برای کشت ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز برای تولید کلروفیل و دیگر رنگ‌دانه‌های فتوسنتزی و همچنین برای تولید آمینو اسید، نوکلئیک اسید و کوآنزیم‌ها به نیتروژن نیاز دارند. رایج‌ترین شکل محلول نیتروژن، نیترات است.

منبع نیتروژن بر سرعت رشد و ترکیب درصد مواد سازنده ریزجلبک‌های قرمز اثر می‌گذارد. ریزجلبک‌های مختلف، علاوه بر نیترات و آمونیوم می‌توانند از دیگر منابع نیتروژنی مثل آمونیاک، اوره و گلوتامات استفاده کنند. شکل 5 ساز و کار‌های متفاوتی را برای جذب نیتروژن در ریزجلبک‌های قرمز نشان می‌دهد.

شکل 5- ساز و کار احتمالی جذب نیتروژن در ریزجلبک‌های قرمز
شکل 5- ساز و کار احتمالی جذب نیتروژن در ریزجلبک‌های قرمز

کاهش نیتروژن در کشت ریزجلبک‌های قرمز باعث تولید پلی ساکارید‌های ترشحی و کاهش تکثیر سلولی می‌شود. علاوه بر این، تولید برخی رنگ‌دانه‌ها نیز در این شرایط کاهش یافته و رنگ ریزجلبک‌های قرمز به سبز تغییر می‌کند.

تأثیر فسفر و گوگرد در رشد ریزجلبک‌های قرمز

یکی دیگر از عناصر مهم در رشد ریزجلبک‌های قرمز، فسفر است. انتقال انرژی، تولید نوکلئیک اسید و فسفولیپید‌ها با کمک فسفر انجام می‌شود. در بین شکل‌های مختلف فسفر، استفاده از ارتوفسفات ترجیح داده می‌شود. پلی‌فسفات به شکل محلول و نامحلول در اسید وجود دارد. حالت محلول در اسید در سوخت و ساز شرکت می‌کند، در حالی‌که نمونه‌ نامحلول در اسید در شرایطی که فسفات محیط زیاد باشد، در سلول ریزجلبک‌ها (شامل ریزجلبک‌های قرمز) ذخیره می‌شود.

همانند سایر میکروارگانیسم‌ها، ریزجلبک‌های قرمز برای تولید برخی از آمینو اسیدها، کوآنزیم‌آ و تکمیل چرخه انرژی به گوگرد نیاز دارند. گوگرد که معمولاً به شکل سولفات استفاده می‌شود، نقش مهمی در سرعت رشد و تولید پلیمرهای ترشحی (مشابه نیترات) ایفا می‌کند.

تأثیر دما در کشت ریزجلبک‌های قرمز

همانند نور و مواد غذایی، دما نیز نقش مؤثری در رشد ریزجلبک‌های قرمز دارد. بسته به نوع گونه و محیطی که ریزجلبک با آن سازگار شده، دمای بهینه رشد برای هر ریزجلبک متفاوت است. برخی از ریزجلبک‌های قرمز مثل پورفیریدیوم، بیشترین رشد را در دمای 20 درجه سانتی‌گراد از خود نشان می‌دهند. در حالی که برخی دیگر مثل Cyanidiaceae در دمای 40 درجه سانتی‌گراد رشد بهینه دارند. دما علاوه بر سرعت رشد، بر روی مواد تشکیل‌دهنده ریزجلبک اثر می‌گذارد. به‌عنوان نمونه، در دمای بالا، برخی از گونه‌های پورفیریدیوم، مقادیر زیادی لیپید تولید می‌کنند.

فناوری‌های تولید ریزجلبک‌های قرمز

برای تولید انواع ریزجلبک‌ها، به‌خصوص ریزجلبک‌های قرمز، سامانه‌های متفاوتی برای کشت صنعتی توسعه یافته است (جدول 7). در همه سامانه‌های کشت، دریافت نور، همزدگی، تأمین منبع کربن و فرایند‌های پایین‌دستی شامل برداشت، استخراج، خالص‌سازی و دیگر موارد لازم گنجانده می‌شود. در طول 40 سال اخیر، توجه زیادی معطوف روش کشت ریزجلبک‌ها شده است. در ادامه برخی از روش‌های کشت بررسی می‌شود.

جدول 7- ابزار و شرایط کشت برای تولید ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک

راکتور زیستی

مواد

حجم (لیتر)

ابعاد (سانتی‌متر)

نور

شار نور تابشی

(μmolphoton.m2.s−1)

میزان دی‌اکسید کربن (درصد)

پی‌هاش

دما (درجه سانتی‌گراد)

محیط کشت

Porphyridium sp

استخر روباز

پلی اتیلن

25

12.5 (عمق)

طبیعی

4 تا 250

داده موجود نیست

داده موجود نیست

9 تا 30

آب دریای مصنوعی

Porphyridium sp

کیسه پلاستیک عمودی

پلی اتیلن

25

150 (طول)

32 (عرض)

طبیعی

7 تا 420

3 تا 4

7 تا 8

11 تا 35

آب دریای مصنوعی

Porphyridium sp

صفحه تخت/ عمودی

شیشه

3 تا 72

1.3 تا 30 (ضخامت)

طبیعی

داده موجود نیست

2

7.5

6 تا 27

آب دریای مصنوعی بهبود یافته

Porphyridium sp

ستون حباب/ عمودی

پلی اتیلن

19

150 (طول)

13 (قطر)

مصنوعی

150 تا 400

3

داده موجود نیست

23 تا 25

آب دریای مصنوعی

Porphyridium sp

ستون حباب/ عمودی

پلی اتیلن

15

150 (طول)

13 (قطر)

مصنوعی

26 تا 1850

3

7.6

31

آب دریای مصنوعی

P. aerugineum

استخر روباز

پلی اتیلن

25

12/5 (عمق)

طبیعی

4 تا 250

داده موجود نیست

داده موجود نیست

9 تا 30

MCYII

P. aerugineum

کیسه پلاستیک عمودی

پلی اتیلن

25

150 (طول)

32 (عرض)

طبیعی

7 تا 420

3 تا 4

7 تا 8

11 تا 35

MCYII

P. cruentum

صفحه تخت/ عمودی/ به شکل V

شیشه گلخانه

2

36 (طول)

33 (عرض)

75

2.5

7.6

داده موجود نیست

 

آب دریای مصنوعی

P. cruentum

مارپیچ لوله افقی

پلی متیل متاکریلات

220

9880 (طول)

5 (قطر)

طبیعی

0 تا 4000

داده موجود نیست

7.6

20

Hemerick بهبود یافته با آب دریا

P. cruentum

حلقوی مارپیچی لوله‌ای/ عمودی

استیل ضد زنگ

5

1200 (طول)

10 (قطر)

مصنوعی

175 تا 236

داده موجود نیست

داده موجود نیست

25

Hemerick غنی شده با آب دریا

P. cruentum

استوانه‌ای/ عمودی

شیشه

5

24 (طول)

17 (قطر)

مصنوعی

820

داده موجود نیست

7.6 تا 7.8

20

آب غنی شده دریای مدیترانه

P. marinum

استوانه‌ای/ عمودی

شیشه

5

داده موجود نیست

مصنوعی

200 تا 360

0.5 تا 2

8

24 تا 28

کشت Provasoli و Provasoli بهبود یافته

P. purpureum

ستون حلقوی/ عمودی

استیل ضد زنگ

3

داده موجود نیست

مصنوعی

25 تا 50

0.5 تا 2.5

7.6

20

آب دریا مصنوعی

P. purpureum

ستون حباب/ عمودی

شیشه

9.6

62 (طول)

17 (قطر)

مصنوعی

60 تا 160

2

6.6 تا 8

25

Hemerick

P. purpureum

مارپیچ لوله/ عمودی

پلی متیل متاکریلات

600

48000 (طول)

4 (قطر)

طبیعی

8.2 تا 893.5

داده موجود نیست

داده موجود نیست

11.2 تا 22

F/2

P. purpureum

ستون حباب/ عمودی

شیشه

0.9

50 (طول)

مصنوعی

100

3

داده موجود نیست

داده موجود نیست

آب دریا مصنوعی

Flintiella sanguinaria

چنبره/ عمودی

پلی متیل متاکریلات

1.3

4 (ضخامت)

مصنوعی

280

0.5 تا 2

8

24

FS

P. purpureum

ستون حباب/ عمودی

شیشه

9.6

62 (طول)

17 (قطر)

مصنوعی

60 تا 160

2

6.6 تا 8

25

Hemerick

P. purpureum

ستون حباب/ عمودی

شیشه

0.9

50 (طول)

5 (عرض)

مصنوعی

100

3

داده موجود نیست

داده موجود نیست

آب دریا مصنوعی

R. violacea

بطری Roux

شیشه

0.7

داده موجود نیست

مصنوعی

150 تا 420

1

8 تا 8.3

24

F/2 و F/2 بهبود یافته

Rhodosorus marinus و P. cruentem و R. violacea

لوله/ عمودی

پلی متیل متاکریلات

55

200 (طول)

20 (عرض)

مصنوعی

240

2

7.1 تا 8.2

20 تا 24

آب دریا غنی شده

Galdieria sulphuraria

استوانه عمودی

شیشه

3

13 (قطر)

مصنوعی

0 تا 395

داده موجود نیست

2

42

محیط بهبود داده شده

Galdieria sulphuraria

داده موجود نیست

داده موجود نیست

4000

داده موجود نیست

طبیعی

داده موجود نیست

داده موجود نیست

داده موجود نیست

داده موجود نیست

محیط cyanidium بهبود یافته

Galdieria sulphuraria

ستون حباب

شیشه

0.9

50 (طول)

5 (قطر)

مصنوعی

100

3

2

داده موجود نیست

محیط کشت بهبود یافته

 

 

سامانه‌های باز و بسته برای کشت ریزجلبک‌های قرمز

سامانه‌های باز مرسوم‌ترین روش برای کشت ریزجلبک محسوب می‌شود. گرچه این سامانه‌ها به‌دلیل بهره‌وری پایین و امکان آلودگی برای ریزجلبک‌های قرمز توسعه نیافته است، اما به‌طور کلی در سطح دنیا بخش عمده تولید ریزجلبک با این روش صورت می‌گیرد (شکل 6). شکل اولیه سامانه‌های روباز به‌صورت دایره‌ای طراحی شد. امروزه طراحی‌های بهبود یافته به‌صورت استخرهای با جریان مارپیچی انجام می‌شود (شکل 7).

شکل 6- کشت صنعتی ریزجلبک‌های قرمز در استخرهای جریان مارپیچی
شکل 6- کشت صنعتی ریزجلبک‌های قرمز در استخرهای جریان مارپیچی

در سامانه‌های روباز برای همزدگی محیط کشت جلبک‌های قرمز از چرخ پره‌دار استفاده می‌شود. این کار علاوه بر یکنواخت کردن مواد غذایی در محیط کشت، از رسوب سلول‌ها نیز جلوگیری می‌کند. دما، پی‌هاش، نور و دسترسی به دی‌اکسید کربن از جمله موارد مؤثر بر رشد ریزجلبک در این سامانه‌ها به‌شمار می‌رود.

شکل 7- طرح کلی استخرهای دایره‌ای و جریان مارپیچی برای کشت ریزجلبک‌های قرمز
شکل 7- طرح کلی استخرهای دایره‌ای و جریان مارپیچی برای کشت ریزجلبک‌های قرمز

سامانه‌های بسته گزینه‌ مناسب‌تری برای رشد ریزجلبک‌های قرمز به‌شمار می‌روند. در این سامانه‌ها امکان کنترل متغیرهای عملیاتی وجود دارد. علاوه بر افزایش هزینه‌ها در روش‌های بسته، ایجاد رسوب زیستی در این سامانه‌ها مشکلات زیادی ایجاد می‌کند. پلی‌ساکارید‌های ترشحی که توسط ریزجلبک‌های قرمز تولید می‌شود، می‌تواند این پدیده را تشدید کند.

از جمله سامانه‌های بسته که در کشت ریزجلبک‌های قرمز استفاده می‌شود؛ می‌توان به کیسه‌های پلاستیکی و راکتورهای زیستی نوری (شامل ستون حباب، استوانه‌ای، حلقوی، ستون لوله عمودی و افقی و صفحه تخت) اشاره کرد (شکل 8). برای تأمین نور درز این سامانه‌ها، می‌توان از نور خورشید یا نور مصنوعی استفاده کرد.

شکل 8- چند نمونه از راکتورهای زیستی نوری برای کشت ریزجلبک‌های قرمز
شکل 8- چند نمونه از راکتورهای زیستی نوری برای کشت ریزجلبک‌های قرمز

مقایسه کشت ریزجلبک‌های قرمز به‌صورت اوتو، هترو و میکسوتروف

کشت اوتوتروف قدیمی‌ترین و پرکاربردترین روش برای تولید ریزجلبک‌ها (ریزجلبک‌های قرمز) است. با این حال، برخی از انواع ریزجلبک‌ها می‌توانند در محیط‌های هتروتروف نیز رشد کنند. در شرایط بدون نور، ریزجلبک‌ها برای رشد نیاز به منبع آلی کربن دارند؛ یا اینکه از منابع کربنی ذخیره‌ای خود استفاده می‌کنند.

کشت ریزجلبک‌های قرمز به‌صورت میکسوتروف نیز انجام شده است. برخی از شرکت‌ها کشت‌های میکسوتروف برای برخی از گونه‌های ریزجلبک‌های قرمز ثبت کرده‌اند. این کشت‌ها می‌توانند تولید برخی از محصولات را تا اندازه قابل‌توجهی افزایش دهند. تولید در این شرایطِ بسیار اختصاصی به 90 تا 150 گرم بر لیتر زیست‌توده خشک می‌رسد.

جدول 8- برخی از کاربردهای پروتئین‌ها و رنگ‌دانه‌های ریزجلبک‌های قرمز

کاربرد

دسته‌بندی

پروتئین/ رنگ‌دانه

غذایی

رنگ طبیعی

فیکوسیانین (PC)

رنگ طبیعی برای محلول‌سازی میسل

C-PC

نشانگر غذا

فیکواریترین

مکمل غذای سلامتی

پروتئین/ آنزیم

تشخیص پژوهش‌های زیست دارویی زیست حسگر

نشانگرهای فلوئورسنت

فیکوبیلیپروتئین‌ها

تعدیل کننده ایمنی

ضد سرطان

فیکوبیلیپروتئین‌ها

ماده تشخیص نور

فیکواریترین‌بی

ضد اکسنده

فیکوسیانین

آرایشی

سایه چشم

فیکوسیانین

رنگ طبیعی

فیکوسیانین

تولید و استخراج رنگ‌دانه و پروتئین از ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز ظرفیت بالایی برای تولید انواع رنگ‌دانه‌ها و پروتئین‌ها دارند. برخی از انواع ریزجلبک کیفیت آمینو اسیدی ‌بسیار بهتری حتی نسبت به آلبومین تخم‌مرغ دارند. با این حال، به‌خاطر هزینه‌های تولید، ریزجلبک‌های قرمز برای مصرف به‌عنوان پروتئین کمتر استفاده می‌شوند. پروتئین و رنگ‌دانه‌های این ریزجلبک‌ها بیشتر به‌عنوان برچسب‌های فلوئورسنت و رنگ‌های طبیعی کاربرد دارد. علاوه بر این، از این محصولات در صنایع غذایی و آرایشی نیز استفاده می‌شود (جدول 8).

شکل 9- راهکارهای اصلی در استخراج رنگ‌دانه از ریزجلبک‌های قرمز
شکل 9- راهکارهای اصلی در استخراج رنگ‌دانه از ریزجلبک‌های قرمز

 

ریزجلبک‌های قرمز ترکیب درصد خاصی برای رنگ دانه‌های خود دارند. بنابراین، برای هر مورد روش خاصی برای استخراج تعریف می‌شود. به‌طور کلی، استخراج به‌صورت شیمیایی، مکانیکی و با استفاده از آنزیم صورت می‌گیرد (شکل 9). خالص‌سازی رنگ‌دانه (یا پروتئین) در برخی کاربردهای صنعتی ضروری است. شکل 10 فرایندهای لازم برای تولید مولکول‌های زیستی خالص و تأیید ساختار آن‌ها را به‌صورت کلی نشان می‌دهد.

 

شکل 10- نحوه خالص‌سازی و شناسایی ساختار رنگ‌دانه در ریزجلبک‌های قرمز
شکل 10- نحوه خالص‌سازی و شناسایی ساختار رنگ‌دانه در ریزجلبک‌های قرمز

 

غلظت و شاخص خلوص برای رنگ‌دانه‌های ریزجلبک‌های قرمز در شکل 11 آمده است. در همه روش‌های خالص‌سازی، مراحل شکست سلول، فیلترسازی و جدا کردن لاشه سلول‌ها و خالص‌سازی با کروماتوگرافی، یا حلال یا روش‌های دیگر وجود دارد.

 

شکل 11- محاسبه غلضت رنگ‌دانه‌های ریزجلبک‌های قرمز به همراه شاخص خلوص برای تعیین کیفیت محصول
شکل 11- محاسبه غلظت رنگ‌دانه‌های ریزجلبک‌های قرمز به‌همراه شاخص خلوص برای تعیین کیفیت محصول

تولید و استخراج پلی‌ساکاریدها از ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز منبع مناسبی برای تولید انواع پلی‌ساکارید‌ها هستند. پلی‌ساکارید‌ها یا درون سلول ذخیره شده یا در ساختار آن وجود دارد. در ریزجلبک‌های قرمز نشاسته فلوریدین پلی‌ساکارید ذخیره‌شده در سلول است. فلوریدین ساختاری شبیه نشاسته و بدون آمیلوز دارد، گرچه در برخی از ریزجلبک‌های قرمز وجود آمیلوز گزارش شده است.

شکل و ساختار پلی‌ساکارید‌ها در انواع ریزجلبک‌های قرمز متفاوت است. نشاسته در ریزجلبک‌های سبز در پلاستید تولید و ذخیره می‌شود. در حالی‌که تولید و ذخیره نشاسته‌ فلوریدین برای ریزجلبک‌های قرمز در سیتوزول انجام می‌گیرد.

برخلاف دیگر ریزجلبک‌ها، ریزجلبک‌های قرمز در دیواره سلولی خود رشته‌های سلولوزی ندارند. در عوض این ریزجلبک‌ها در یک شبکه ژلی از پلی‌ساکارید‌های ترشحی قرار می‌گیرند. ساختار اختصاصی برخی از این مواد گرچه هنوز به‌طور کامل شناخته‌شده نیست، اما معمولاً به شکل سولفاته و با 1 تا 14 درصد سولفات هستند. این پلی‌ساکاریدها خواصی مثل ضد اکسنده، ضد التهاب، ضد باکتری و دیگر خواص زیستی برای صنایع غذایی، آرایشی و دارویی از خود نشان می‌دهند.

تولید و خالص‌سازی پلی‌ساکارید‌های ریزجلبک‌های قرمز نیازمند بهینه‌سازی است. در این جهت، شرایط کشت و روش‌های استخراج اقتصادی و دوست‌دار محیط‌ زیست باید مورد بررسی قرار بگیرد. زمان کشت مناسب برای ترشح حداکثر پلی‌ساکارید در محیط کشت، جداسازی سلول‌ها، تغلیظ محلول پلی‌ساکاریدی و نهایتاً استخراج یا بازیابی آن با رسوب‌دهی توسط حلال مراحل عمومی برای جداسازی این محصولات است. برای دستیابی به پلی‌ساکاریدهای چسبیده به سلول، می‌توان از پیش‌فرآوری با محلول سدیم هیدروکسید، فرمالدهید و صمغ‌های یونی استفاده کرد.

تولید لیپید از ریزجلبک‌های قرمز

ریزجلبک‌های قرمز همانند دیگر ریزجلبک‌ها حاوی اسید چرب هستند. گرچه برای تولید سوخت‌های زیستی بیشتر از ریزجلبک‌های سبز استفاده می‌شود، با این حال ریزجلبک‌های قرمز مثل پورفیریدیوم برای تولید امگا-3 (مثل EPA و DHA) مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

برای تولید لیپید در ریزجلبک‌های قرمز، ابتدا شرایط بهینه رشد فراهم می‌شود. بعد از آن، با تغییر شرایطی مثل دما، پی‌هاش، ترکیب محیط کشت یا دوره و شدت نوردهی در دوره رشد ساکن، بیشترین مقدار اسیدهای چرب اشباع‌ نشده در سلول تولید می‌شود. زمان برداشت سلول و شرایط استفاده شده در مدت کشت و تولید لیپید، روی ترکیب درصد محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. استخراج محصول نیز معمولاً با استفاده از حلال‌های آلی مثل هگزان صورت می‌گیرد.

ارزیابی اقتصادی برای ریزجلبک‌های قرمز

در بین تمام ریزجلبک‌های قرمز، پورفیریدیوم و رودلا تنها ریزجلبک‌هایی هستند که برای تولید صنعتی محصولات با ارزش استفاده می‌شوند. جدول 9 برخی از مواد ارزشمند این ریزجلبک‌ها و کاربردهای آن را نشان می‌دهد.

بسیاری از محصولات ریزجلبک‌های قرمز مثل پروتئین‌ها، اسیدهای چرب اشباع‌ نشده و پلی‌ساکاریدها کاربردهای زیادی در بازار محصولات دارویی دارند. از ریزجلبک‌های قرمز فقط ایکوزاپنتانوئیک اسید (EPA) و اسید آراشیدونیک (AA) تولید می‌شود، هرچند منابع مناسب‌تری برای تولید این مواد وجود دارد و ریزجلبک‌های قرمز می‌توانند در این زمینه رقابت کنند.

جدول 9- کاربردهای صنعتی ریزجلبک‌های قرمز

گونه

شرکت و محل

مولکول زیستی

کاربرد و بازار

Porphyridium sp

Greensea (فرانسه)

رنگ‌دانه

تشخیص پزشکی، زیست‌شناسی مولکولی و روش‌های فلوئورسنت

Porphyridium sp

Greensea (فرانسه)

فیتوپلانکتون زنده

آبزی‌پروری

Porphyridium sp

Frutarom (فلسطین اشغالی)

پلی‌ساکارید سولفاته

حفاظت از اکسیداسیون سلول، حفاظت ایمنی در برابر نور، ضد التهاب، ضد سوزش

P. cruentum

AlgoSource (فرانسه)

پلی‌ساکارید سولفاته

ترمیم سلولی، مرطوب کننده

P. cruentum

Micoperi Blue Growth (ایتالیا)

پلی‌ساکارید سولفاته

ضد اکسنده، ضد التهاب، ضد میکروبی

P. cruentum

Greensea (فرانسه)

اولیگوساکارید

انقباض رگ‌های خونی

P. cruentum

Phyco-Biotech (فرانسه)

فیکواریترین‌بی

تشخیص پزشکی، زیست‌شناسی مولکولی و روش‌های فلوئورسنت

P. cruentum

Asta Technologies (فلسطین اشغالی)

پلی‌ساکارید سولفاته

ضد آفتاب، ضد التهاب، ضد پیری، حفاظت در برابر مواد سوزش‌زا

P. cruentum

Porphyridium sp

Solazyme (آمریکا)

پلی‌ساکارید سولفاته

سلامتی و زیبایی پوست

P. cruentum

Isua® Biotechnologie & Compagnie (فرانسه)

زیست‌توده

آبزی‌پروری

P. cruentum

Phyco-Biotech (فرانسه)

فیکوبیلیپروتئین

تشخیص پزشکی

گرچه بسیاری از توانایی‌های ریزجلبک‌های قرمز مورد بررسی قرار نگرفته است؛ با این وجود، بسیاری از مواد تولید شده از این ریزجلبک‌ها کارایی فراوانی در صنایع مکمل‌های غذایی، غذا، خوراک دام و مواد دارویی و آرایشی دارند. به‌عنوان نمونه، شرکت Solazyme از پلی‌ساکارید ترشحی گونه پورفیریدیوم، محصولی با خواص ضد التهابی و جلوگیری از آسیب‌های اکسیدی برای بافت‌های پستانداران تولید کرده است.

جدول 10- کاربردهای عمده‌ پلی‌ساکارید ترشحی از ریزجلبک‌های قرمز

فعالیت

گونه

عملکرد

نحوه عمل

ضد ویروس

Porphyridium sp

Porphyridium aerugineum

Rhodella reticulate

ویروس پسگرد

ویروس هرپس سیمپلکس

ویروس واریسلا زوستر

. ماهیت آنیونی پلی‌ساکارید ترشحی علیه ویروس‌ها

. جلوگیری از چسبیدن و جذب

. جلوگیری از انتشار ذرات ویروسی در سلول میزبان

. جلوگیری از تکثیر ویروس در دوره‌های ابتدایی عفونت ویروسی

 جلوگیری از تشکیل انواع آنزیم رونوشت بردار معکوس ویروس پسگرد، بدون تأثیر منفی روی سلول میزبان

Porphyridium cruentum

بیماری خون‌ریزی پوزه برای ماهی‌های قزل و بیماری‌های ویروسی پستانداران

ضد التهاب

Porphyridium

ضد التهاب پوستی انسان

جلوگیری از مهاجرت یا چسبیدن گلبول‌های سفیدِ پلی‌مورفونوکلئری

ضد باکتری

Porphyridium cruentum

فعالیت ضدباکتریایی علیه سالمونلا انتریتیدیس

جلوگیری از تشکیل توده‌های زیستی بیماری‌زا روی سلول میزبان

ضد اکسنده

Porphyridium cruentum

جلوگیری از تجمع و فعالیت مواد شیمیایی فعال و رادیکال آزاد

پاک‌ کردن رادیکال‌های آزاد و انتقال آن‌ها از سلول به محیط

ضد تومور

Porphyridium cruentum

جلوگیری از تکثیر سلول‌های توموری S180 در موش‌های نمونه

. تحریک تقویت سطح ایمنی بدن با پلی‌ساکاریدهای ترشحی

. کنترل مسیر علامت‌دهی سلول

. قطع برهم‌کنش بین سلول‌های سرطانی و سلول میزبان

روان‌کننده زیستی

Porphyridium

ظرفیت روان‌کنندگی مناسب: جایگزین اسید هیالورونیک

ضد انگل

Porphyridium purpureum

 P. marinum

Rhodella violacea

R. maculate

حفاظت از زنبور عسل در برابر انگل نوزما

آرایشی

Porphyridium sp

P. aerugineum

R. reticulata

تثبیت شبکه شاختار ژل آلوئورا و افزایش طول عمر آن

تصفیه پساب

R. reticulate

رفع یون‌های سمی از پساب‌های صنعتی

بار منفی روی این مواد به‌عنوان تبادل یونی عمل می‌کند (حضور اسید گلوکورونیک و گروه‌های نیمه‌استری سولفات)

رنگ‌دانه و پلی‌ساکاریدهای ترشحی ریزجلبک‌های قرمز در صنایعی مثل آرایشی و بهداشتی و برچسب‌های فلوئورسنت استفاده می‌شود (جدول 10). در این زمینه‌ها، با اینکه تولید محصولات از منابع دیگر صرفه اقتصادی مناسب‌تری دارد؛ با این حال، برخی از شرکت‌ها اختراعاتی را با محصولات ریزجلبک‌های قرمز ثبت کرده‌اند. رنگ‌دانه‌های ریزجلبک‌های قرمز جایگزین مناسبی برای نشانگر‌های رادیویی است.

ریزجلبک‌های قرمز تقریباً منبع خوبی برای بررسی و کشف مواد، محصولات و کاربردهای جدید است. گرچه برخی از محصولات تولید شده از این ریزجلبک‌ها نمی‌توانند با نمونه‌های دیگر رقابت کنند، اما در آینده می‌توانند جایگزین مناسبی برای منابع قدیمی باشند. به‌عنوان مثال، پلی‌ساکارید‌های ترشحی موجود در بازار از درشت‌جلبک‌های قرمز و قهوه‌ای تولید می‌شود. این جلبک‌ها از منابع طبیعی به‌دست می‌آیند. بنابراین، در آینده برای حفظ منابع طبیعی، می‌توان از پلی‌ساکاریدهای سولفاته (که از ریزجلبک‌های قرمز تولید می‌شود) استفاده کرد.

منبع
Biotechnology advances
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

یونس عبداللهی مفرد

فارغ التحصیل کارشناسی مهندسی شیمی و ارشد بیوتکنولوژی هستم. تخصصی روی تولید آنزیم و همچنین اسپیرولینا کار می‌کنم. غیر از این، برای اینکه بروز باشم و ببینم بقیه حوزه‌ها چندچند هستند، جدیدترین اخبار و مقالات زیست‌فناوری را دنبال می کنم.

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

یـک + پنـج =

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن