Гематококк дождевой

Гематококк дождевой
Цисты Haematococcus pluvialis, содержащие астаксантин (дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия)
Цисты Haematococcus pluvialis, содержащие астаксантин (дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия)
Научная классификация
Домен:
Эукариоты
Царство:
Растения
Подцарство:
Зелёные растения
Отдел:
Зелёные водоросли
Класс:
Хлорофициевые
Порядок:
Хламидомонадовые
Семейство:
Haematococcaceae
Род:
Haematococcus
Вид:
Гематококк дождевой
Международное научное название
Haematococcus pluvialis Flotow, 1844
Синонимы
  • Sphaerella pluvialis Flotow
Индивидуальная жгутиковая клетка H. pluvialis
Схематическое изображение H. pluvialis[1]

Гематококк дождевой[2] (лат. Haematococcus pluvialis) — вид пресноводных зелёных водорослей из семейства Haematococcaceae порядка Хламидомонадовые[3]. Известен высоким содержанием сильного антиоксиданта астаксантина, который находит применение в качестве пищевой добавки в аквакультуре и на птицефермах, а также используется в качестве биологически активной добавки и компонента косметических средств[4][5].

Нахождение в природе

[править | править код]

Haematococcus pluvialis распространена в регионах с умеренным климатом. Присутствием его цист, содержащих большое количество астаксантина, может объясняться кроваво-красный цвет, появляющийся на дне высохших бассейнов и фонтанов, на скалах и берегах морей, в прудах для разведения рыбы и на поверхностях крыш[6].

Присутствие Haematococcus pluvialis обнаружено в водоёмах, пополняемых тающим снегом[7]. Такое явление, как «красный снег», также связывают с присутствием водорослей, содержащих астаксантин[8].

Использование

[править | править код]

Haematococcus pluvialis как кормовая добавка

[править | править код]

Добавка Haematococcus pluvialis в пищу кур-несушек придаёт желтку ярко-жёлтую с красноватым оттенком окраску[9].

Введение водорослей, обогащённых астаксантином, в рацион цыплят увеличивает их выживаемость и благоприятно сказывается на росте[10].

Использование Haematococcus pluvialis в качестве компонента корма для лососёвых рыб позволяет добиться увеличения интенсивности красной окраски мышечной ткани[5], в частности эта водоросль находит широкое применение в аквакультуре в странах Юго-Восточной Азии[11].

Использование водорослей Haematococcus в качестве компонента кормов разрешено в США (с ограничением по содержанию астаксантина в готовом корме не более 80 мг/кг)[12].

Haematococcus pluvialis как источник астаксантина

[править | править код]

В хороших условиях водоросль имеет зелёную окраску, но если условия окружающей среды становятся неблагоприятными для нормального роста клеток (в частности при действии яркого света, высокой солёности и низкой доступности питательных веществ), клетки начинают переходить в покоящуюся фазу и интенсивно вырабатывать астаксантин[13].

В покоящихся клетках присутствует большое количество астаксантина, который быстро вырабатывается и накапливается[14][15]. Содержание астаксантина может достигать 3,8—4,0 %[16][17] (в расчёте на сухое вещество), что делает Haematococcus pluvialis важнейшим сырьём для промышленного производства этого соединения[5].

  • H. pluvialis (в благоприятных условиях клетки имеют зелёную окраску
    H. pluvialis (в благоприятных условиях клетки имеют зелёную окраску
  • H. pluvialis — начало выработки астаксантина (зелёная окраска ещё видна, но появляется красное окрашивание).
    H. pluvialis — начало выработки астаксантина (зелёная окраска ещё видна, но появляется красное окрашивание).
  • H. pluvialis — благодаря выработке астаксантина клетки приобрели красную окраску
    H. pluvialis — благодаря выработке астаксантина клетки приобрели красную окраску


Более чем 99 % астаксантина в этой водоросли присутствует в форме моноацилэфира, и именно в этой форме он используется в клинических испытаниях на людях[18].

Выращивание в промышленных условиях

[править | править код]

Несмотря на распространённость Haematococcus pluvialis в естественных условиях, для промышленных целей используется искусственные методы выращивания. Основной целью промышленного выращивания является не просто получение биомассы, как для многих других водорослей, а достижение оптимального выхода астаксантина, для чего важное значение имеет подбор условий и состава среды.

Так, в автотрофных условиях среду обогащают солями аммония, нитратами и мочевиной, а в миксотрофных для интенсификации образования астаксантина прибавляют хлорид натрия, обедняют культуральную среду азотистыми соединениями и регулируют интенсивность светового облучения[19].

Для увеличения выхода применяют многостадийный процесс, включающий повторное чередование стадий «зелёного» роста и стадий аккумулирования астаксантина[20].

Существуют и другие варианты сред для выращивания, в частности в качестве питательного материала находит использование отход спиртового производства — паточная барда[21].

  • Выращивание в лабораторных условиях (облучение светом для стимулирования выработки астаксантина)
    Выращивание в лабораторных условиях (облучение светом для стимулирования выработки астаксантина)

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Frank Shipley Collins. The Green Algae of North America, Volume II of Tufts College Studies, Published by Tufts College, 1909, pp. 79—480. From Plate II.
  2. ↑ Гордеева Т. Н., Круберг Ю. К., Письяукова В. В. Практический курс систематики растений. — Просвещение. — Москва, 1970.
  3. ↑ Haematococcus pluvialis Flotow : [англ.] // AlgaeBase. (Дата обращения: 6 марта 2020).
  4. ↑ R. Todd Lorenz, Gerald R. Cysewski. Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin (англ.) // Trends in Biotechnology. — 2000. — April (vol. 18, iss. 4). — P. 160—167. — ISSN 0167-7799. — doi:10.1016/s0167-7799(00)01433-5.
  5. ↑ 1 2 3 Попов А. М., Кривошапко О. Н., Артюков А. А. Перспективы клинического применения астаксантина и других оксигенированных каротиноидов // Биофармацевтический журнал. — 2013. — Т. 5, № 5. — С. 13—30.
  6. ↑ Konstantin Chekanov, Elena Lobakova, Irina Selyakh, Larisa Semenova, Roman Sidorov. Accumulation of Astaxanthin by a New Haematococcus pluvialis Strain BM1 from the White Sea Coastal Rocks (Russia) (англ.) // Marine Drugs. — 2014-08-15. — Vol. 12, iss. 8. — P. 4504—4520. — ISSN 1660-3397. — doi:10.3390/md12084504.
  7. ↑ Tatyana A. Klochkova, Min Seok Kwak, Jong Won Han, Taizo Motomura, Chikako Nagasato. Cold-tolerant strain of Haematococcus pluvialis (Haematococcaceae, Chlorophyta) from Blomstrandhalvøya (Svalbard) (англ.) // ALGAE. — 2013-06-15. — Vol. 28, iss. 2. — P. 185—192. — ISSN 1226-2617. — doi:10.4490/algae.2013.28.2.185.
  8. ↑ W. E. Williams, H. L. Gorton, T. C. Vogelmann. Surface gas-exchange processes of snow algae (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2003-01-21. — Vol. 100, iss. 2. — P. 562–566. — ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490. — doi:10.1073/pnas.0235560100.
  9. ↑ Elwinger K., Lignell A. & Wilhelmson M. Astaxanthin rich algal meal (Haematococcus pluvialis) as carotenoid source in feed for laying hens // Proceedings of the VII European Symposium on the Quality of Eggs and Egg Products (Poznan). — 1997. — С. 52—59.
  10. ↑ L Waldenstedt, J Inborr, I Hansson, K Elwinger. Effects of astaxanthin-rich algal meal (Haematococcus pluvalis) on growth performance, caecal campylobacter and clostridial counts and tissue astaxanthin concentration of broiler chickens // Animal Feed Science and Technology. — 2003-08. — Т. 108, вып. 1—4. — С. 119—132. — ISSN 0377-8401. — doi:10.1016/s0377-8401(03)00164-0.
  11. ↑ Luu Thi Tam, Le Thi Thom, Nguyen Cam Ha, Le Ha Thu, Dang Diem Hong. Initial research of application of astaxanthin rich Haematococcus pluvialis biomass as supplenent dietary for salmon fish in Vietnam // Journal of Biology (Vietnam Academy of Science and Technology). — 2015. — Т. 37, № 4. Архивировано 29 февраля 2020 года.
  12. ↑ Haematococcus algae meal. // Code of Federal Regulations. — Revised as of April 1, 2019. — Т. 21, № 1. — С. Sec. 73.185.
  13. ↑ Gene A. Spiller, Antonella Dewell. Safety of an Astaxanthin-Rich Haematococcus pluvialis Algal Extract: A Randomized Clinical Trial // Journal of Medicinal Food. — 2003-03. — Т. 6, вып. 1. — С. 51—56. — ISSN 1557-7600 1096-620X, 1557-7600. — doi:10.1089/109662003765184741.
  14. ↑ Sammy Boussiba, Avigad Vonshak. Astaxanthin Accumulation in the Green Alga Haematococcus pluvialis1 (англ.) // Plant and Cell Physiology. — 1991-10. — Vol. 32, iss. 7. — P. 1077–1082. — ISSN 0032-0781 1471-9053, 0032-0781. — doi:10.1093/oxfordjournals.pcp.a078171.
  15. ↑ Gene A. Spiller, Antonella Dewell. Safety of an Astaxanthin-Rich Haematococcus pluvialis Algal Extract: A Randomized Clinical Trial (англ.) // Journal of Medicinal Food. — 2003-03. — Vol. 6, iss. 1. — P. 51–56. — ISSN 1557-7600 1096-620X, 1557-7600. — doi:10.1089/109662003765184741. Архивировано 9 июня 2020 года.
  16. ↑ A. Ranga Rao, V. Baskaran, R. Sarada, G.A. Ravishankar. In vivo bioavailability and antioxidant activity of carotenoids from microalgal biomass — A repeated dose study // Food Research International. — 2013-11. — Т. 54, вып. 1. — С. 711–717. — ISSN 0963-9969. — doi:10.1016/j.foodres.2013.07.067.
  17. ↑ Claude Aflalo, Yuval Meshulam, Aliza Zarka, Sammy Boussiba. On the relative efficiency of two- vs. one-stage production of astaxanthin by the green algaHaematococcus pluvialis // Biotechnology and Bioengineering. — 2007. — Т. 98, вып. 1. — С. 300—305. — ISSN 1097-0290 0006-3592, 1097-0290. — doi:10.1002/bit.21391.
  18. ↑ Jian-Ping Yuan, Juan Peng, Kai Yin, Jiang-Hai Wang. Potential health-promoting effects of astaxanthin: A high-value carotenoid mostly from microalgae (англ.) // Molecular Nutrition & Food Research. — 2011-01. — Vol. 55, iss. 1. — P. 150–165. — doi:10.1002/mnfr.201000414.
  19. ↑ Ana S Cifuentes, Mariela A González, Silvia Vargas, Maritza Hoeneisen, Nelson González. Optimization of biomass, total carotenoids and astaxanthin production in Haematococcus pluvialis Flotow strain Steptoe (Nevada, USA) under laboratory conditions (англ.) // Biological Research. — 2003. — Vol. 36, iss. 3—4. — ISSN 0716-9760. — doi:10.4067/S0716-97602003000300006. Архивировано 11 октября 2021 года.
  20. ↑ Han Sun, Bin Guan, Qing Kong, Zhaoyan Geng & Ni Wang. Repeated cultivation: non-cell disruption extraction of astaxanthin for Haematococcus pluvialis // Scientific Reports. — 2016. — Т. 6, № 20578. Архивировано 12 марта 2017 года.
  21. ↑ Wei Tao, Gu Wenhui, Li Jian, Zhang Bo, Pan Guanghua. Effect of Photoperiod on Microalgae Haematococcus pluvialis (англ.) // CHINESE BULLETIN OF BOTANY. — 2013. — 25 December (vol. 48, iss. 2). — P. 168—173. — ISSN 1674-3466. — doi:10.3724/sp.j.1259.2013.00168.

Литература

[править | править код]
  • Buchheim, M.A., Sutherland, D.M., Buchheim, J.A. & Wolf, M. The blood alga: phylogeny of Haemotococcus (Chlorophyceae) inferred from ribosomal RNA gene sequence data // European Journal of Phycology. — 2013. — Vol. 48, № 3. — P. 318—329. — doi:10.1080/09670262.2013.830344.
  • Pegg, C., Wolf, M., Alanagreh, L., Portman, R. & Buchheim, M.A. Morphological diversity masks phylogenetic similarity of Ettlia and Haematococcus (Chlorophyceae) // Phycologia. — 2015. — Vol. 54, № 4. — P. 385—397. — doi:10.2216/15-015.1.