מיקרו-אצות: מאפיינים, סיווג ויישומים - ביולוגיה - 2025

המיקרו - אצות הן אורגניזמים אוקריוטים, פוטו-אוטוטרופים, כלומר משיגות אנרגיה מאור ומסנתזות את המזון שלהן. הם מכילים כלורופיל ופיגמנטים אביזרים אחרים המעניקים להם יעילות פוטוסינתטית רבה.

הם חד-תאיים, קולוניאליים - כאשר הם מבוססים כאגרגטים - וחוטים (בודדים או קולוניאליים). הם חלק מפיטופלנקטון, יחד עם ציאנובקטריה (פרוקריוטות). פיטופלנקטון הוא מערך המיקרואורגניזמים הפוטוסינתטיים, המיים שצפים בצורה פסיבית או בעלי מוגבלות בניידות.

איור 1: וולווקס (כדורית) המקור: פרנק פוקס, באמצעות ויקימדיה

מיקרו-אצות נמצאות מאקוודור היבשתית לאזורים הקוטביים ומוכרות כמקור לביו-מולקולות ומטבוליטים בעלי חשיבות כלכלית רבה. הם מהווים מקור ישיר למזון, תרופות, מזון, דשנים ודלק, והם אפילו אינדיקטורים לזיהום.

מאפיינים

מפיקים המשתמשים באור שמש כמקור אנרגיה

מרבית המיקרו-אצות הם בצבע ירוק מכיוון שהם מכילים כלורופיל (פיגמנט צמח tetrapyrrolic), פוטו-קולטן של אנרגיית אור המאפשר לבצע פוטוסינתזה.

עם זאת, בחלק מהמיקרו-אצות יש צבע אדום או חום, מכיוון שהם מכילים קסנטופילים (פיגמנטים קרוטנואידים צהובים), המסווים את הצבע הירוק.

בתי גידול

הם מאכלסים סביבות מים מתוקים ומלוחים, טבעיים ומלאכותיים שונים (כמו בריכות שחייה ומכלי דגים). חלקם מסוגלים לצמוח באדמה, בבתי גידול חומציים ובתוך סלעים נקבוביים (אנדוליטיים), במקומות יבשים מאוד וקרים.

מִיוּן

מיקרו-אצות מייצגות קבוצה הטרוגנית מאוד, מכיוון שהיא פוליפילטית, כלומר היא מקבצת צאצאים של מינים מאבות אבות שונים.

כדי לסווג את המיקרואורגניזמים הללו, נעשה שימוש במאפיינים שונים, ביניהם: אופי הכלורופילים שלהם וחומרים עתודות האנרגיה שלהם, מבנה דופן התא וסוג הניידות שהם מציגים.

אופי הכלורופיליות שלה

מרבית האצות מציגות כלורופיל מסוג A ומיעוטן מציגות סוג אחר של כלורופיל שמקורו בכך.

רבים חייבים פוטוטרופים ואינם צומחים בחושך. עם זאת, חלקם צומחים בחושך ומאטלים סוכרים פשוטים וחומצות אורגניות בהיעדר אור.

לדוגמה, כמה דגלים וכלורופיטים יכולים להשתמש באצטט כמקור לפחמן ואנרגיה. אחרים מטמיעים תרכובות פשוטות בנוכחות אור (פוטוטרוטרופיה), מבלי להשתמש בהן כמקור אנרגיה.

פולימרים פחמניים כשמורת אנרגיה

כתוצר של התהליך הפוטוסינתטי, המיקרו-אצות מייצרות מגוון רחב של פולימרים פחמניים המשמשים כמאגר אנרגיה.

לדוגמה, המיקרו-אצות של חלוקת הכלורופיטה מייצרות עמילן מילואים (α-1,4-D-גלוקוז), הדומה מאוד לעמילנים של צמחים גבוהים יותר.

מבנה קיר תא

לקירות המיקרו-אצות מגוון ניכר של מבנים והרכב כימי. הקיר יכול להיות מורכב מסיבי תאית, לרוב בתוספת קסילן, פקטין, מנאן, חומצות אלג'ניות או חומצה פוקינינית.

בכמה אצות פחמימות או אלמוגים, דופן התא מראה בתמצית סידן פחמתי, ואילו באחרים יש צ'יטין.

לעומת זאת, אצל דיאטומים יש סיליקון בדופן התא שלהם, אליו מתווספים פוליסכרידים וחלבונים ויוצרים קונכיות של סימטריה דו-צדדית או רדיאלית (כפור). פגזים אלה נותרים שלמים לאורך זמן ויוצרים מאובנים.

במיקרו-אצות Euglenoid, שלא כמו הקודמות, חסר קיר תא.

סוג הניידות

במיקרו-אצות יכולות להיות סמלונים (כמו יוג'לנה ודינופלגלטים), אך לעולם אין להם ציציות. מצד שני, חלק מהמיקרו-אצות מראות חוסר תנועה בשלב הווגטטיבי שלהן, עם זאת, הגמטות שלהם יכולות להיות ניידות.

יישומים ביוטכנולוגיים

הזנת בני אדם ובעלי חיים

בשנות החמישים החלו מדענים גרמנים בטיפוח המוני של מיקרו-אצות בכדי להשיג ליפידים וחלבונים שיחליפו חלבונים מן החי והצמחים המקובלים, במטרה לכסות את צריכת בעלי החיים ובני האדם.

לאחרונה הוקרן טיפוח מסיבי של מיקרו-אצות כאחת האפשרויות להילחם ברעב ותת תזונה עולמית.

למיקרו-אצות יש ריכוזי תזונה יוצאי דופן, שהם גבוהים יותר מאלה שנצפו בכל מיני צמחים גבוהים יותר. גרם יומי של מיקרוגלגיות הוא אלטרנטיבה לתוספת תזונה לקויה.

יתרונות השימוש בו כמזון

בין היתרונות בשימוש במיקרו-אצות כמזון, יש לנו את הדברים הבאים:

• מהירות גבוהה של צמיחה מיקרוגלללית (הם מציגים תשואה גבוהה פי 20 מפולי סויה ליחידה).
• הוא מייצר יתרונות הנמדדים ב"פרופיל המטולוגי "וב"מעמד האינטלקטואלי" של הצרכן, כאשר הוא צורך מינונים יומיים קטנים כתוסף תזונה.
• תכולת חלבון גבוהה בהשוואה למזונות טבעיים אחרים.
• ריכוז גבוה של ויטמינים ומינרלים: בליעה של 1 עד 3 גרם ביום של תוצרי לוואי מיקרוגלליים, מספקת כמויות ניכרות של בטא-קרוטן (פרוביטמין A), ויטמינים E ו- B קומפלקס, ברזל ויסודות קורט.
• מקור תזונה ממריץ מאוד (בהשוואה לג'ינסנג ואבקנים שנאספו על ידי דבורים).
• הם מומלצים לאימונים בעצימות גבוהה.
• בשל ריכוזו, משקלו הנמוך וקלות ההובלה, התמצית היבשה של המיקרו-אצות מתאימה לאכילה שאינה מתכלת לצפייה במצבי חירום.

איור 2. איור 2. Arthrospira הוא ציאנו-בקטריום בשימוש נרחב ומעובד בהמונים. מקור: ג'ואן סימון, שנחתך על ידי פרדיטה (המשתמש בוויקיפדיה האנגלית), באמצעות ויקימדיה

חקלאות חקלאית

מיקרו-אצות משמשות כמזון בחקלאות החקלאות בגלל תכולת החלבון הגבוהה שלהם (בין 40 ל- 65% במשקל היבש) וביכולתן להגדיל את צבעם של סלומידס וסרטנים עם הפיגמנטים שלהם.

לדוגמה, הוא משמש כמזון עבור צירים בכל שלבי הגידול שלהם; בשלבי זחל של כמה מינים של סרטנים ולשלבים מוקדמים של מינים מסוימים של דגים.

פיגמנטים בתעשיית המזון

חלק מפיגמנטים של מיקרוגל-אצות משמשים כתוספות בגידול מזון להגברת הפיגמנטציה של בשר עוף וחלמונים, כמו גם להגברת פוריות הבקר.

פיגמנטים אלה משמשים גם כצבעים בצבעים במוצרים כמו מרגרינה, מיונז, מיץ תפוזים, גלידה, גבינה ומוצרי מאפה.

איור 3. איור 3. פוטוביורקטורים צינוריים המשמשים להשגת תרכובות בעלות ערך גבוה ממיקרו-אצות. מקור: IGV ביוטק, מתוך ויקימדיה

רפואה אנושית וטרינרית

בתחום הרפואה האנושית והווטרינרית מוכר פוטנציאל המיקרו-אצות מכיוון ש:

• הם מפחיתים את הסיכון לסוגים שונים של מחלות סרטן, לב ועיניים (הודות לתכולת הלוטאין שלהם).
• הם מסייעים במניעה וטיפול במחלות לב כליליות, צבירת טסיות דם, רמות כולסטרול חריגות, וגם מבטיחים מאוד לטיפול במחלות נפש מסוימות (בגלל תכולת האומגה 3).
• יש להם פעולה אנטי-מוטגנית, מגרים את מערכת החיסון, מפחיתים יתר לחץ דם ומגמילים רעלים.
• יש להם פעולה נוגדת קרישה וחיידקים.
• הם מגדילים את הזמינות הביולוגית של ברזל.
• תרופות המבוססות על מיקרו-אצות טיפוליות ומונעות נוצרו נגד קוליטיס כיבית, דלקת קיבה ואנמיה, בין היתר.

איור 4. איור 4. פוטו-ביאורקטור שטוח: משמש להשגת תוצרי לוואי של מיקרו-אצות בעלות ערך מוסף גבוה ובניסויים. מקור: IGV ביוטק, מתוך ויקימדיה

דשנים

מיקרו-אצות משמשות כדישון דשן וכמרכחי אדמה. מיקרואורגניזמים פוטו-אוטרופיים אלה מכסים במהירות את האדמות המופרעות או השרופות, ומפחיתים את הסיכון לשחיקה.

מינים מסוימים מעדיפים קיבוע חנקן, ואיפשרו, למשל, לגדל אורז על אדמות מוצפות במשך מאות שנים ללא תוספת דשנים. מינים אחרים משמשים להחלפת סיד בקומפוסט.

קוסמטיקה

נגזרות מיקרו-אצות שימשו בניסוח משחות שיניים מועשרות, המבטלות את החיידקים הגורמים עששת.

קרמים הכוללים נגזרים כאלה פותחו גם לתכונותיהם הנוגדות חמצון ואולטרה סגול.

איור 5. תחזוקת המיקרו-אצות בבנקים או זנים. מקור: CSIRO

טיפול בשפכים

מיקרו-אצות מיושמות בתהליכי טרנספורמציה של חומר אורגני ממי השפכים, מייצרים ביומסה ומים מטופלים להשקיה. בתהליך זה, המיקרו-אצות מספקות את החמצן הדרוש לחיידקים אירוביים, מבזים מזהמים אורגניים.

מדדי זיהום

בהתחשב בחשיבותם האקולוגית של המיקרו-אצות כמפיקים ראשוניים של סביבות מים, הם אורגניזמים אינדיקטוריים לזיהום סביבתי.

בנוסף, יש להם סובלנות רבה למתכות כבדות כמו נחושת, קדמיום ועופרת, כמו גם פחמימנים מורכבים, וזו הסיבה שהם יכולים להוות אינדיקטורים לנוכחות מתכות אלה.

ביוגז

מינים מסוימים (למשל, כלורלה וספירולינה) שימשו לטיהור ביוגז, מכיוון שהם צורכים פחמן דו חמצני כמקור לפחמן אורגני, בנוסף לבקרה בו זמנית על רמת החומציות של המדיום.

דלקים ביולוגיים

ביו-סינתזה של מיקרו-אצות מייצרת מגוון רחב של תוצרי לוואי ביו-אנרגטיים מעניינים מסחרית, כמו שומנים, שמנים, סוכרים ותרכובות ביו-אקטיביות פונקציונליות.

תרשים 6. מטפחי מיקרו-אצות מסוג קרוסלה, המשמשים בגידול המוני של מיקרו-אצות לתעשיית הקוסמטיקה והמזון. מקור: JanB46, מ- Wikimedia Commons

מינים רבים עשירים בשומנים ובפחמימנים המתאימים לשימוש ישיר כדלקים ביולוגיים נוזלים עתירי אנרגיה, ברמות גבוהות יותר מאלה המצויים במפעלים יבשתיים, ויש להם פוטנציאל גם כתחליף למוצרי זיקוק של דלקים מאובנים. זה לא מפתיע, בהתחשב בכך שמאמינים כי רוב השמן מקורו במיקרו-אצות.

מין אחד, Botryococcus braunii, בפרט, נחקר בהרחבה. תשואת השמן ממיקרו-אצות צפויה להיות פי 100 מזה של גידולי היבשה, בין 7,500-24,000 ליטר נפט לדונם בשנה, בהשוואה לפירות וכף דשא, 738 ו -3690 ליטר, בהתאמה .

הפניות

1. בורוביצקה, מ '(1998). ייצור מסחרי של מיקרו-אצות: בריכות, טנקים, פקעות ותוססים. ג''מביוטק, 70, 313-321.
2. Ciferri, O. (1983). ספירולינה, המיקרואורגניזם האכיל. מיקרוביול. הכמרית, 47, 551-578.
3. Ciferri, O., and Tiboni, O. (1985). הפיוכימיה והפוטנציאל התעשייתי של ספירולינה. אן. הכמרית מיקרוביול., 39, 503-526.
4. קונדה, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., et al. (1993). תהליך טיהור ביוגז באמצעות תרבויות מיקרו-אצות אינטנסיביות. ביוטק. מכתבים, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB, and Cañizares, RO (2003). התקדמות בעיצוב רעיוני של פוטו-ריאקטורים לגידול מיקרו-אצות. אינטרסינסיה, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A., & Sato, V. (1998). מיקרו-אצות מעובדות כמזון חקלאות. ג'יי מאר ביוטכנולוג, 7, 65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). מערכות ושיטות תרבות המונים מיקרוגללגיות: המגבלה והפוטנציאל שלהם. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. מרטינז פלאסיוס, קליפורניה, צ'אבז סאנצ'ס, מ.כ., אולברה נובואה, מ.א., ועבדו דה לה פארה, מישיגן (1996). מקורות אלטרנטיביים לחלבונים מהצומח כתחליף ל קמח דגים למזון עופות עופות. מאמר שהוצג בהמשך לסימפוזיון הבינלאומי השלישי בנושא תזונה חקלאית, מונטריי, נואו לאון, מקסיקו.
9. Olaizola, M. (2003). פיתוח מסחרי של ביוטכנולוגיה מיקרו-אלגלית: מצינור המבחן לשוק. הנדסה ביו-מולקולרית, 20, 459-466.