Χαρακτηριστικά μικροοργανισμών, ταξινόμηση και εφαρμογές



Το μικροφύκλες είναι ευκαρυωτικοί, φωτοαυτοτροφικοί οργανισμοί, δηλαδή αποκτούν ενέργεια από το φως και συνθέτουν τη δική τους τροφή. Περιέχουν χλωροφύλλη και άλλες βοηθητικές χρωστικές ουσίες που τους δίνουν μεγάλη φωτοσυνθετική απόδοση.

Είναι μονοκύτταρα, αποικιακά - όταν καθιερώνονται ως συσσωματώματα - και νηματοειδή (μοναχικά ή αποικιακά). Είναι μέρος του φυτοπλαγκτόν, μαζί με τα κυανοβακτήρια (προκαρυώτες). Το φυτοπλαγκτόν είναι το σύνολο των φωτοσυνθετικών, υδρόβιων μικροοργανισμών που επιπλέουν παθητικά ή έχουν μειωμένη κινητικότητα.

Τα μικροφύκη βρίσκονται από τον επίγειο Εκουαδόρ στις πολικές περιοχές και αναγνωρίζονται ως πηγή βιομορίων και μεταβολιτών μεγάλης οικονομικής σημασίας. Αποτελούν άμεση πηγή τροφής, φαρμάκων, ζωοτροφών, λιπασμάτων και καυσίμων και είναι μάλιστα δείκτες ρύπανσης.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά
    • 1.1 Παραγωγοί που χρησιμοποιούν το φως του ήλιου ως πηγή ενέργειας
    • 1.2 Οικοτόπους
  • 2 Ταξινόμηση
    • 2.1 Φύση των χλωροφύλων του
    • 2.2 Πολυμερή με βάση τον άνθρακα ως ενεργειακό απόθεμα
    • 2.3 Δομή του κυτταρικού τοιχώματος
    • 2.4 Τύπος κινητικότητας
  • 3 Βιοτεχνολογικές εφαρμογές
    • 3.1 Ανθρώπινη και ζωική τροφή
    • 3.2 Πλεονεκτήματα της χρήσης του ως τροφή
    • 3.3 Υδατοκαλλιέργεια
    • 3.4 Χρωστικές ουσίες στη βιομηχανία τροφίμων
    • 3.5 Ανθρώπινη και κτηνιατρική
    • 3.6 Λιπάσματα
    • 3.7 Καλλυντικά
    • 3.8 Κατεργασία λυμάτων
    • 3.9 Δείκτες ρύπανσης
    • 3.10 Βιοαέριο
    • 3.11 Βιοκαύσιμα
  • 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Παραγωγούς που χρησιμοποιούν το φως του ήλιου ως πηγή ενέργειας

Τα περισσότερα μικροφυτία παρουσιάζουν πράσινο χρωματισμό επειδή περιέχουν χλωροφύλλη (τετραπυρλική φυτική χρωστική ουσία), φωτοϋποδοχέα φωτεινής ενέργειας που επιτρέπει τη διεξαγωγή φωτοσύνθεσης.

Ωστόσο, ορισμένα μικροφυτία έχουν κόκκινο ή καφέ χρώμα, επειδή περιέχουν ξανθοφύλλες (κίτρινες καροτενοειδείς χρωστικές ουσίες), οι οποίες αποκρύπτουν το πράσινο χρώμα.

Ενδιαιτήματα

Ζουν σε διάφορα υδρόβια περιβάλλοντα γλυκά και αλμυρά, φυσικά και τεχνητά (όπως πισίνες και δεξαμενές ψαριών). Ορισμένοι μπορούν να αναπτυχθούν στο έδαφος, σε όξινα ενδιαιτήματα και εντός πορωδών πετρωμάτων (ενδολιθικά), σε πολύ ξηρές και πολύ κρύες περιοχές.

Ταξινόμηση

Τα μικροφύκη αντιπροσωπεύουν μια εξαιρετικά ετερογενή ομάδα, επειδή είναι πολυφατική, δηλαδή, συγκεντρώνει είδη διαφορετικών προγόνων..

Για την ταξινόμηση αυτών των μικροοργανισμών έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετά χαρακτηριστικά, μεταξύ των οποίων είναι η φύση των χλωροφύλων και των ενεργειακών τους αποθεμάτων, η δομή του κυτταρικού τοιχώματος και ο τύπος κινητικότητας που παρουσιάζουν.

Φύση των χλωροφύλων του

Τα περισσότερα φύκια έχουν χλωροφύλλη τύπου α και μερικά έχουν άλλο τύπο χλωροφύλλη που προέρχεται από αυτό.

Πολλοί είναι υποχρεωτικοί φωτοτροφοί και δεν μεγαλώνουν στο σκοτάδι. Ωστόσο, μερικοί αναπτύσσονται στο σκοτάδι και καταβολίζουν απλά σάκχαρα και οργανικά οξέα απουσία φωτός.

Για παράδειγμα, μερικά μαστίγια και χλωροφυτά μπορούν να χρησιμοποιήσουν την οξική ένωση ως πηγή άνθρακα και ενέργειας. Άλλοι αφομοιώνουν απλές ενώσεις παρουσία φωτός (φωτοετεροτροφία), χωρίς να τις χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας.

Πολυμερή με βάση τον άνθρακα ως ενεργειακό απόθεμα

Ως προϊόν της φωτοσυνθετικής διεργασίας, τα μικροφύκη παράγουν μια μεγάλη ποικιλία πολυμερών άνθρακα που χρησιμεύουν ως αποθέματα ενέργειας.

Για παράδειγμα, τα μικροφύκη του τμήματος Chlorophyta δημιουργούν αποθεματικό άμυλο (α-1,4-D-γλυκόζη), πολύ παρόμοιο με τα άμυλα των ανώτερων φυτών.

Δομή του κυτταρικού τοιχώματος

Τα τοιχώματα των μικροφυκών παρουσιάζουν μια μεγάλη ποικιλία δομών και χημική σύνθεση. Το τοίχωμα μπορεί να αποτελείται από ίνες κυτταρίνης, συνήθως με την προσθήκη ξυλάνης, πηκτίνης, μαννάνης, αλγινικών οξέων ή φουξικού οξέος.

Σε ορισμένα φύκια που ονομάζονται ασβεστολιθικά ή κοράλλια, το κυτταρικό τοίχωμα παρουσιάζει εναπόθεση ανθρακικού ασβεστίου, ενώ άλλα παρουσιάζουν χιτίνη.

Διάτομα, εξάλλου, έχουν πυριτίου στο κελί τους τοίχωμα, οι οποίες προστίθενται πολυσακχαρίτες και πρωτεΐνες που σχηματίζουν κελύφη διμερείς ή ακτινική συμμετρία (κελύφη). Αυτά τα κοχύλια παραμένουν άθικτα για μεγάλο χρονικό διάστημα, σχηματίζοντας απολιθώματα.

Οι μικροφύκλες ευγλενοειδούς, σε αντίθεση με τις προηγούμενες, στερούνται κυτταρικού τοιχώματος.

Τύπος κινητικότητας

Τα μικροφύκη μπορούν να παρουσιάσουν μαστίγια (όπως Euglena και dinoflagellates), αλλά ποτέ δεν παρουσιάζουν βλεφαρίδες. Από την άλλη πλευρά, ορισμένα μικρόβια παρουσιάζουν ακινησία στην βλαστική φάση τους, ωστόσο, οι γαμετοί τους μπορούν να είναι κινητοί.

Βιοτεχνολογικές εφαρμογές

Ανθρώπινη και ζωική τροφή

Στη δεκαετία του 1950, Γερμανοί επιστήμονες άρχισαν να αυξάνονται μικροφυκών μαζικά για τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες που θα αντικαταστήσει τα συμβατικά ζωικών και φυτικών πρωτεϊνών, με στόχο την κάλυψη της κατανάλωσης των ζώων και του ανθρώπου.

Πρόσφατα, η μαζική καλλιέργεια μικροφυκών έχει προβλεφθεί ως μια από τις δυνατότητες καταπολέμησης της πείνας και του παγκόσμιου υποσιτισμού.

Τα μικροφυτία έχουν ασυνήθιστες συγκεντρώσεις θρεπτικών ουσιών, οι οποίες είναι υψηλότερες από αυτές που παρατηρούνται σε οποιοδήποτε είδος ανώτερου φυτού. Ένα ημερήσιο γραμμάριο μικροαλγίων είναι μια εναλλακτική λύση που συμπληρώνει μια κακή διατροφή.

Πλεονεκτήματα της χρήσης του ως τροφή

Μεταξύ των πλεονεκτημάτων της χρήσης μικροαλγίων ως τρόφιμα, έχουμε τα εξής:

  • Υψηλός ρυθμός ανάπτυξης μικρογαλάκων (έχουν απόδοση 20 φορές υψηλότερη από τη σόγια ανά μονάδα επιφανείας).
  • Δημιουργεί μετρούμενα οφέλη στο "αιματολογικό προφίλ" και στην "πνευματική κατάσταση" του καταναλωτή, καταναλώνοντας μικρές ημερήσιες δόσεις ως συμπλήρωμα διατροφής.
  • Υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες σε σύγκριση με άλλες φυσικές τροφές.
  • Η υψηλή συγκέντρωση των βιταμινών και ανόργανων συστατικών: κατάποση από 1 έως 3 γραμμάρια ανά ημέρα των μικροφυκών προϊόντων, παρέχει σημαντικές ποσότητες β-καροτένιο (προβιταμίνη Α), Ε και βιταμίνες του συμπλέγματος Β, σίδηρο και ιχνοστοιχεία.
  • Υψηλή πηγή θρεπτικών συστατικών (σε σύγκριση με το ginseng και τη γύρη που συλλέγονται από τις μέλισσες).
  • Συνιστώνται για εκπαίδευση υψηλής έντασης.
  • Λόγω της συγκέντρωσής του, του χαμηλού βάρους και της ευκολίας μεταφοράς, το ξηρό εκχύλισμα μικροφυκών είναι κατάλληλο ως μη φθαρτό φαγητό για αποθήκευση ενόψει καταστάσεων έκτακτης ανάγκης.

Υδατοκαλλιέργεια

Μικροφυκών χρησιμοποιούνται ως ζωοτροφές στην υδατοκαλλιέργεια για την υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη του (40 έως 65% ξηρό βάρος) και την ικανότητα να αυξήσουν χρωστικές τους, το χρώμα των σολομοειδή και μαλακόστρακα.

Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ως τροφή για δίθυρα σε όλα τα στάδια ανάπτυξης. για στάδια προνυμφών κάποιων ειδών καρκινοειδών και για πρώιμα στάδια ορισμένων ειδών ψαριών.

Χρωστικές ουσίες στη βιομηχανία τροφίμων

Ορισμένες χρωστικές μικροαλληλούχων χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα σε ζωοτροφές για την αύξηση της χρώσης του κρέατος κοτόπουλου και των κρόκων αυγών, καθώς και για την αύξηση της γονιμότητας των ζώων.

Αυτές οι χρωστικές χρησιμοποιούνται επίσης ως χρωστικές ουσίες σε προϊόντα όπως είναι οι μαργαρίνες, οι μαγιονέζες, οι χυμοί πορτοκαλιού, τα παγωτά, τα τυριά και τα αρτοσκευάσματα..

Ανθρώπινη και κτηνιατρική

Στον τομέα της ανθρώπινης και κτηνιατρικής, αναγνωρίζεται το δυναμικό των μικροφυκών, διότι:

  • Μειώστε τον κίνδυνο διάφορων τύπων καρκίνου, καρδιάς και οφθαλμικών ασθενειών (χάρη στην περιεκτικότητα σε λουτεΐνη).
  • Θα βοηθήσει στην πρόληψη και τη θεραπεία της καρδιακής νόσου, συσσωμάτωση αιμοπεταλίων, ένα μη φυσιολογικό επίπεδα χοληστερόλης, και είναι επίσης ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για την θεραπεία ορισμένων ψυχικών ασθενειών (επειδή περιέχει ωμέγα-3).
  • Παρουσιάζουν αντιμυκητιακή δράση, διεγείρουν το ανοσοποιητικό σύστημα, μειώνουν την υπέρταση και αποτοξινώνουν.
  • Παρουσιάζουν βακτηριοκτόνο και αντιπηκτική δράση.
  • Αυξήστε τη βιοδιαθεσιμότητα του σιδήρου.
  • Τα φάρμακα που βασίζονται σε θεραπευτικά μικροφύκη και προλαμβάνουν την ελκώδη κολίτιδα, τη γαστρίτιδα και την αναιμία έχουν δημιουργηθεί μεταξύ άλλων καταστάσεων.

Λιπάσματα

Τα μικροφύκη χρησιμοποιούνται ως βιοφόρμες και βελτιώνουν το έδαφος. Αυτοί οι φωτοαυτοτροφικοί μικροοργανισμοί καλύπτουν γρήγορα τα αφαιρούμενα ή καμένα εδάφη, μειώνοντας τον κίνδυνο διάβρωσης.

Ορισμένα είδη ευνοούν τη σταθεροποίηση του αζώτου και έχουν καταστήσει δυνατό, για παράδειγμα, την καλλιέργεια ρυζιού σε εκτάσεις πλημμυρισμένες για αιώνες, χωρίς την προσθήκη λιπασμάτων. Άλλα είδη χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση του ασβέστη σε σύνθετα λιπάσματα.

Καλλυντικά

Τα παράγωγα μικροαλλάκων έχουν χρησιμοποιηθεί στη σύνθεση εμπλουτισμένων οδοντόκρεων, τα οποία εξαλείφουν το βακτήριο που προκαλεί οδοντική τερηδόνα.

Επίσης έχουν αναπτυχθεί κρέμες που περιλαμβάνουν τέτοια παράγωγα για τις αντιοξειδωτικές και προστατευτικές τους ιδιότητες των υπεριωδών ακτίνων.

Επεξεργασία λυμάτων

Τα μικροφύκη εφαρμόζονται σε διαδικασίες μετασχηματισμού οργανικής ύλης από λύματα, δημιουργώντας βιομάζα και επεξεργασμένο νερό για άρδευση. Σε αυτή τη διαδικασία, τα μικροφυτία παρέχουν το απαραίτητο οξυγόνο στα αερόβια βακτήρια, υποβαθμίζοντας τους οργανικούς ρύπους.

Δείκτες ρύπανσης

Δεδομένης της οικολογικής σημασίας των μικροφυκών ως πρωτογενών παραγωγών υδάτινων περιβαλλόντων, αποτελούν δείκτες περιβαλλοντικής ρύπανσης.

Επιπλέον, έχουν μεγάλη ανοχή στα βαρέα μέταλλα όπως ο χαλκός, το κάδμιο και ο μόλυβδος, καθώς και οι χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες, οι οποίοι μπορεί να είναι δείκτες της παρουσίας αυτών των μετάλλων.

Βιοαέριο

Ορισμένα είδη (για παράδειγμα, Chlorella και Σπιρουλίνα), έχουν χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό του βιοαερίου, αφού καταναλώνουν διοξείδιο του άνθρακα ως πηγή ανόργανου άνθρακα, επιπλέον του ταυτόχρονου ελέγχου του ρΗ του μέσου.

Βιοκαύσιμα

Τα μικροφύκη βιοσυνθέτουν ένα ευρύ φάσμα εμπορικά ενδιαφερόντων βιοενεργών παραπροϊόντων, όπως λιπών, ελαίων, σακχάρων και λειτουργικών βιοδραστικών ενώσεων.

Πολλά είδη είναι πλούσια σε λιπίδια και υδρογονάνθρακες κατάλληλο για άμεση χρήση ως υγρά βιοκαύσιμα υψηλής ενέργειας, σε υψηλότερα από τα σημερινά επίπεδα σε χερσαία φυτά, και έχουν επίσης δυνατότητες ως υποκατάστατα για τα προϊόντα διύλισης ορυκτών καυσίμων. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος του πετρελαίου θεωρείται ότι προέρχεται από μικροφύκη.

Ένα είδος, Botryococcus braunii, Ειδικότερα, έχει μελετηθεί ευρέως. Προβλέπεται να αποδώσει έλαιο μικροφυκών είναι έως 100 φορές μεγαλύτερη από της γης καλλιεργειών, των 7.500 έως 24.000 λίτρα πετρελαίου ανά στρέμμα ανά έτος, σε σύγκριση με κραμβέλαιο και φοινικέλαιο, 738 και 3.690 λίτρα, αντιστοίχως.

Αναφορές

  1. Borowitzka, Μ. (1998). Εμπορική παραγωγή μικροφυκών: λίμνες, δεξαμενές, κονδύλους και ζυμωτήρες. J. of Biotech, 70, 313-321.
  2. Ciferri, Ο. (1983). Σπιρουλίνα, Ο βρώσιμος μικροοργανισμός. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
  3. Ciferri, Ο. & Tiboni, Ο. (1985). Η βιοχημεία και το βιομηχανικό δυναμικό της σπιρουλίνας. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
  4. Conde, J. L., Moro, L. Ε, Travieso, L., Sánchez, Ε Ρ, Lewis, A., & Dupeirón, R., et αϊ. (1993). Διαδικασία καθαρισμού βιοαερίου χρησιμοποιώντας εντατικές καλλιέργειες μικροφυκών. Biotech Επιστολές, 15 (3), 317-320.
  5. Contreras-Flores, C. Peña-Castro, Μ J., Flores-Cotera, L. Β, & Cañizares, R. Ο (2003). Εξελίξεις στην προκαταρκτική μελέτη των φωτοβιοαντιδραστήρες για την καλλιέργεια των μικροφυκών. Interciencia, 28 (8), 450-456.
  6. Duerr, Ε. Ο., Molnar, Α. & Sato, V. (1998). Καλλιεργούμενες μικροφύρες ως ζωοτροφές υδατοκαλλιέργειας. J Mar Biotechnol, 7, 65-70.
  7. Lee, Υ.-Κ. (2001). Συστήματα και μέθοδοι μαζικής μικροκαλλιέργειας: Ο περιορισμός και το δυναμικό τους. Εφημερίδα της Εφαρμοσμένης Φυκολογίας, 13, 307-315.
  8. Palacios Martinez, C. Α, Chavez Sanchez, Μ C., Olvera Novoa, Μ.Α., & Abdo των Parra, M. I. (1996). Εναλλακτικές πηγές φυτικών πρωτεϊνών ως υποκατάστατο του ιχθυαλεύρου για ζωοτροφές υδατοκαλλιέργειας. Εισήγηση στα Πρακτικά της Τρίτης Διεθνούς Συμποσίου για το υδάτινο διατροφή, Monterrey, Nuevo Leon, Mexico.
  9. Olaizola, Μ. (2003). Εμπορική ανάπτυξη της βιοτεχνολογίας μικροαλλάκων: από τον δοκιμαστικό σωλήνα έως την αγορά. Βιομοριακή Μηχανική, 20, 459-466.