Исследование ученых ЛЭТИ повысит эффективность производства биодобавок из микроводорослей

Научная группа, в состав которой вошли исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», выяснила, каким образом можно улучшить рост культуры гематококка, чтобы сделать более эффективным и экономичным производство астаксантина – кормовой добавки для разведения рыбы и птицы.

Гематококк озерный (Haematococcus lacustris) – пресноводная одноклеточная зеленая микроводоросль. В ответ на стрессовые факторы, например, на повышение солености среды обитания, эти микроводоросли начинают вырабатывать большое количество астаксантина – ярко-красного пигмента, который является сильным антиоксидантом. Он применяется при производстве пищевой добавки для нужд аквакультуры (например, выращивания лосося) и птицеферм. Этот ценный каротиноид также используется в качестве компонента косметических средств, биологически активных добавок и основы для разработки лекарственных препаратов.

Однако современные способы получения астаксантина из Haematococcus lacustris с помощью солевого стресса малоэффективны, поскольку большая часть микроводорослей погибает от стресса еще до того, как начинает вырабатывать полезный антиоксидант. Поэтому сегодня ведутся поиски повышения производительности культуры гематококка.

«В условиях солевого стресса у микроводорослей запускается аутофагия – процесс, в ходе которого поврежденные или ненужные клетке структуры расщепляются на отдельные «строительные кирпичики». При этом высвобождается необходимая для клетки энергия, а «кирпичики» могут использоваться для синтеза новых полезных молекул», – рассказывает заведующая лабораторией молекулярной и экологической физиологии Ботанического института им. Комарова РАН, ведущий научный сотрудник НЦМУ Павловский центр Ольга Владимировна Войцеховская.

«В нашем исследовании мы решили одновременно с солевым раствором ввести в культуру микроводорослей химическое вещество AZD8055, которое способно усиливать аутофагию. Мы предположили, что с его помощью улучшится выживание клеток, что может увеличить выход астаксантина».

Данные исследования проводятся в рамках деятельности Научного центра мирового уровня (НЦМУ) Павловский центр «Интегративная физиология – медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости», который был создан в 2020 году по нацпроекту «Наука и университеты». В состав НЦМУ входят СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и три учреждения РАН – Институт физиологии им. И.П. Павлова, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова и Институт медико-биологических проблем.

Эксперименты проводились в емкостях со слабо концентрированным солевым раствором и добавкой AZD8055. В таких условиях произошла небольшая активация аутофагии в клетках микроводорослей. Оказалось, что она стимулирует деление клеток и рост культуры. Помимо этого, с помощью электронной микроскопии ученые провели детальные исследования внутриклеточных структур Haematococcus lacustris с целью понять, как именно протекает аутофагия в клетках этой микроводоросли. В ходе анализа впервые удалось показать, что данный процесс у гематококка имеет сходство скорее с аутофагией животных, чем растений. Результаты исследований опубликованы в научном журнале Plants.

«Нам удалось добиться того, что клетки стали расти быстрее. Но пока увеличения выхода астаксантина достичь не получилось. Однако проведенные эксперименты позволили уточнить, как функционируют клетки гематококка и как проходит аутофагия у этих микроорганизмов. В будущем эти знания позволят нам повысить эффективность получения астаксантина из Haematococcus lacustris. Сейчас наши эксперименты продолжаются», – поясняет Ольга Владимировна Войцеховская.

В дальнейшем ученые планируют разработать новый скорректированный состав культуральной среды для проведения экспериментов. В исследовательский коллектив вошли ученые из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Ботанического института им. Комарова РАН и Санкт-Петербургского государственного университета.