MIKROALG: ÖZELLIKLER, SINIFLANDIRMA VE UYGULAMALAR - BIYOLOJI - 2025

Mikroalgler ökaryotik yani organizmalar photoautotrophs, ışık enerji elde ve kendi yiyecek sentezlemek. Klorofil ve onlara mükemmel fotosentetik verimlilik sağlayan diğer aksesuar pigmentleri içerirler.

Tek hücreli, kolonyal - kümeler halinde kurulduklarında - ve filamentli (tek veya kolonyal). Siyanobakteriler (prokaryotlar) ile birlikte fitoplanktonun bir parçasıdırlar. Fitoplankton, pasif olarak yüzen veya hareket kabiliyeti azalmış fotosentetik, suda yaşayan mikroorganizmalar kümesidir.

Şekil 1. Volvox (küresel) Kaynak: Frank Fox, Wikimedia Commons aracılığıyla

Mikroalgler, karasal Ekvador'dan kutup bölgelerine kadar bulunur ve büyük ekonomik öneme sahip bir biyomolekül ve metabolit kaynağı olarak kabul edilir. Doğrudan bir gıda, ilaç, yem, gübre ve yakıt kaynağıdır ve hatta kirlilik göstergeleridir.

karakteristikleri

Güneş ışığını enerji kaynağı olarak kullanan üreticiler

Mikroalglerin çoğu yeşil renktedir çünkü fotosentez yapılmasına izin veren bir ışık enerjisi fotoreseptörü olan klorofil (tetrapirrolik bitki pigmenti) içerirler.

Bununla birlikte, bazı mikroalgler, yeşil rengi maskeleyen ksantofilleri (sarı karotenoid pigmentler) içerdikleri için kırmızı veya kahverengi renklere sahiptir.

Habitat

Çeşitli tatlı ve tuzlu, doğal ve yapay su ortamlarında (yüzme havuzları ve balık tankları gibi) yaşarlar. Bazıları toprakta, asidik habitatlarda ve gözenekli (endolitik) kayaçlarda, çok kuru ve çok soğuk yerlerde büyüyebilir.

sınıflandırma

Mikroalgler oldukça heterojen bir grubu temsil eder, çünkü polifiriktir, yani farklı ataların soyundan gelen türler gruplandırır.

Bu mikroorganizmaları sınıflandırmak için, aralarında klorofillerinin ve enerji rezerv maddelerinin doğası, hücre duvarının yapısı ve sundukları hareketlilik türü gibi çeşitli özellikler kullanılmıştır.

Klorofillerinin doğası

Alglerin çoğu klorofil tip A içerir ve birkaçı ondan türetilen başka bir klorofil türü sunar.

Çoğu zorunlu fototroflardır ve karanlıkta büyümezler. Bununla birlikte, bazıları karanlıkta büyür ve ışık yokluğunda basit şekerleri ve organik asitleri katabolize eder.

Örneğin, bazı kamçılılar ve klorofitler asetatı bir karbon ve enerji kaynağı olarak kullanabilir. Diğerleri, bir enerji kaynağı olarak kullanmadan, ışık varlığında (fotoheterotrofi) basit bileşikleri özümserler.

Enerji rezervi olarak karbon polimerleri

Fotosentetik işlemin bir ürünü olarak mikroalgler, enerji rezervi olarak hizmet veren çok çeşitli karbon polimerleri üretir.

Örneğin, Chlorophyta bölümünün mikroalgleri, yüksek bitkilerin nişastalarına çok benzeyen rezerv nişasta (α-1,4-D-glikoz) üretir.

Hücre duvarı yapısı

Mikroalglerin duvarları, çok çeşitli yapılara ve kimyasal bileşime sahiptir. Çeper, genellikle ksilan, pektin, mannan, alginik asitler veya fusinik asit ilavesiyle selüloz liflerinden yapılabilir.

Bazı kireçli veya koralin alglerde hücre duvarı kalsiyum karbonat birikimi gösterirken, diğerlerinde kitin bulunur.

Öte yandan, diatomların hücre duvarlarında, polisakkaritlerin ve proteinlerin eklendiği, bilateral veya radyal simetri (früstüller) kabukları oluşturan silikon bulunur. Bu kabuklar uzun süre bozulmadan kalarak fosil oluşturur.

Euglenoid mikroalgler, öncekilerden farklı olarak bir hücre duvarından yoksundur.

Hareketlilik türü

Mikroalglerde flagella (Euglena ve dinoflagellates gibi) olabilir, ancak hiçbir zaman kirpikler olmaz. Öte yandan, bazı mikroalgler vejetatif fazlarında hareketsizlik gösterirler, ancak gametleri hareketli olabilir.

Biyoteknolojik uygulamalar

İnsan ve hayvan besleme

1950'lerde, Alman bilim adamları, çiftlik hayvanlarının ve insanların tüketimini karşılamak için geleneksel hayvan ve bitki proteinlerinin yerini alacak lipit ve proteinleri elde etmek için toplu olarak mikroalg yetiştirmeye başladı.

Son zamanlarda, mikroalglerin muazzam ekimi, dünyadaki açlık ve yetersiz beslenmeyle mücadele için olasılıklardan biri olarak öngörülüyor.

Mikroalgler, daha yüksek bitki türlerinde gözlenenden daha yüksek olan olağandışı besin konsantrasyonlarına sahiptir. Günlük bir gram mikroalg, eksik bir diyeti desteklemek için bir alternatiftir.

Gıda olarak kullanımının avantajları

Mikroalgleri gıda olarak kullanmanın avantajları arasında aşağıdakilere sahibiz:

• Yüksek mikroalgal büyüme hızı (birim alan başına soya fasulyesinden 20 kat daha fazla verim sunarlar).
• Besin takviyesi olarak küçük günlük dozlar tüketirken tüketicinin "hematolojik profilinde" ve "entelektüel durumunda" ölçülen faydalar üretir.
• Diğer doğal gıdalara kıyasla yüksek protein içeriği.
• Yüksek konsantrasyonda vitamin ve mineral: Mikroalgal yan ürünlerin günde 1 ila 3 gram yutulması kayda değer miktarda beta-karoten (provitamin A), vitamin E ve B kompleksi, demir ve eser elementler sağlar.
• Son derece enerji veren besin kaynağı (arılar tarafından toplanan ginseng ve polen ile karşılaştırıldığında).
• Yüksek yoğunluklu eğitim için tavsiye edilirler.
• Konsantrasyonu, düşük ağırlığı ve nakliye kolaylığı nedeniyle, mikroalglerin kuru ekstresi, acil durumlar beklentisiyle depolanmaya dayanıklı, bozulmayan bir gıda olarak uygundur.

Şekil 2. Arthrospira, yaygın olarak kullanılan ve kitle kültürü yapılan bir siyanobakteridir. Kaynak: Joan Simon, Perdita (İngilizce Wikipedia Kullanıcısı) tarafından kırpılmış, Wikimedia Commons aracılığıyla

su kültürü

Mikroalgler, yüksek protein içeriği (kuru ağırlıkta% 40-65) ve pigmentleri ile alabalık ve kabukluların rengini arttırma kabiliyetleri nedeniyle su ürünleri yetiştiriciliğinde besin olarak kullanılmaktadır.

Örneğin, çift kabuklular için tüm büyüme aşamalarında besin olarak kullanılır; bazı kabuklu türlerinin larva aşamaları ve bazı balık türlerinin erken aşamaları için.

Gıda endüstrisindeki pigmentler

Bazı mikroalg pigmentleri yemlerde katkı maddesi olarak tavuk eti ve yumurta sarısının pigmentasyonunu arttırmak ve sığırların doğurganlığını artırmak için kullanılmaktadır.

Bu pigmentler ayrıca margarin, mayonez, portakal suyu, dondurma, peynir ve unlu mamuller gibi ürünlerde renklendirici olarak kullanılmaktadır.

Şekil 3. Mikroalglerden yüksek değerli bileşikler elde etmek için kullanılan boru şeklindeki fotobiyoreaktörler. Kaynak: IGV Biotech, Wikimedia Commons'tan

İnsan ve veterinerlik tıbbı

İnsan ve veteriner hekimliği alanında mikroalg potansiyeli kabul edilmektedir, çünkü:

• Çeşitli kanser türleri, kalp ve göz hastalıkları riskini azaltırlar (lutein içeriği sayesinde).
• Koroner kalp hastalığını, trombosit agregasyonunu, anormal kolesterol seviyelerini önlemeye ve tedavi etmeye yardımcı olurlar ve ayrıca bazı akıl hastalıklarının (omega-3 içerikleri nedeniyle) tedavisi için son derece umut vaat ederler.
• Bağışıklık sistemini uyaran, hipertansiyonu azaltan ve detoksifiye edici antimutajenik etkiye sahiptirler.
• Antikoagülan ve bakterisidal etkiye sahiptirler.
• Demirin biyoyararlanımını artırır.
• Terapötik ve önleyici mikroalglere dayalı ilaçlar, diğer durumların yanı sıra ülseratif kolit, gastrit ve anemi için üretilmiştir.

Şekil 4. Düz fotobiyoreaktör: yüksek katma değerli mikroalg yan ürünleri elde etmek için ve deneylerde kullanılır. Kaynak: IGV Biotech, Wikimedia Commons'tan

Gübreler

Mikroalgler, biyo gübreleme ve toprak düzenleyici olarak kullanılır. Bu foto-ototrofik mikroorganizmalar, bozulmuş veya yanmış toprakları hızla kaplayarak erozyon riskini azaltır.

Bazı türler nitrojen fiksasyonunu tercih eder ve örneğin, yüzyıllar boyunca sular altında kalan topraklarda gübre eklenmeden pirinç yetiştirmeyi mümkün kılmıştır. Diğer türler, komposttaki kireci değiştirmek için kullanılır.

Makyaj malzemeleri

Mikroalg türevleri, diş çürüğüne neden olan bakterileri ortadan kaldıran zenginleştirilmiş diş macunlarının formülasyonunda kullanılmıştır.

Bu tür türevleri içeren kremler ayrıca antioksidan ve ultraviyole koruyucu özellikleri nedeniyle geliştirilmiştir.

Şekil 5. Mikroalglerin bankalarda veya suşlarda bakımı. Kaynak: CSIRO

Kanalizasyon arıtma

Mikroalgler, organik maddenin atık sudan dönüştürülmesi, biyokütle ve sulama için arıtılmış su üretme işlemlerinde uygulanır. Bu süreçte mikroalgler, organik kirleticileri parçalayarak aerobik bakterilere gerekli oksijeni sağlar.

Kirlilik göstergeleri

Su ortamlarının birincil üreticileri olarak mikroalglerin ekolojik önemi göz önüne alındığında, bunlar çevre kirliliğinin gösterge organizmalarıdır.

Ek olarak, bakır, kadmiyum ve kurşun gibi ağır metallere ve ayrıca klorlu hidrokarbonlara karşı büyük toleransları vardır, bu nedenle bu metallerin varlığının göstergesi olabilirler.

Biyogaz

Bazı türler (örneğin, Chlorella ve Spirulina), ortamın pH'ını eşzamanlı olarak kontrol etmenin yanı sıra, inorganik karbon kaynağı olarak karbondioksit tükettiklerinden, biyogazın saflaştırılması için kullanılmıştır.

Biyoyakıtlar

Mikroalgler, yağlar, sıvı yağlar, şekerler ve fonksiyonel biyoaktif bileşikler gibi çok çeşitli ticari açıdan ilginç biyoenerjetik yan ürünleri biyosentezler.

Şekil 6. Kozmetik ve gıda endüstrisi için toplu mikroalg yetiştiriciliğinde kullanılan atlıkarınca tipi mikroalg kültivatörler. Kaynak: JanB46, Wikimedia Commons'tan

Birçok tür, karasal bitkilerde bulunanlardan daha yüksek seviyelerde, yüksek enerjili sıvı biyoyakıtlar olarak doğrudan kullanıma uygun lipitler ve hidrokarbonlar açısından zengindir ve ayrıca fosil yakıtların rafineri ürünleri için ikame potansiyeline sahiptir. Yağın çoğunun mikroalglerden geldiğine inanılırsa, bu şaşırtıcı değildir.

Bir tür, özellikle Botryococcus braunii, kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Mikroalglerden elde edilen yağ veriminin, kara mahsullerinin 100 katına kadar çıkacağı tahmin edilmektedir; kolza tohumu ve hurma ile karşılaştırıldığında dönüm başına 7.500-24.000 litre petrolden sırasıyla 738 ve 3690 litre. .

Referanslar

1. Borowitzka, M. (1998). Mikroalglerin ticari üretimi: havuzlar, tanklar, yumrular ve fermentörler. J. of Biotech, 70, 313-321.
2. Çiferri, O. (1983). Spirulina, Yenilebilir mikroorganizma. Microbiol. Rev., 47, 551-578.
3. Ciferri, O. ve Tiboni, O. (1985). Spirulina'nın biyokimyası ve endüstriyel potansiyeli. Ann. Rev. Microbiol., 39, 503-526.
4. Conde, JL, Moro, LE, Travieso, L., Sánchez, EP, Leiva, A., & Dupeirón, R., vd. (1993). Yoğun mikroalg kültürleri kullanılarak biyogaz saflaştırma işlemi. Biotech. Mektuplar, 15 (3), 317-320.
5. Contreras-Flores, C., Peña-Castro, JM, Flores-Cotera, LB ve Cañizares, RO (2003). Mikroalg yetiştiriciliği için fotobiyoreaktörlerin kavramsal tasarımındaki gelişmeler. Interciencia, 28 (8), 450-456.
6. Duerr, EO, Molnar, A. ve Sato, V. (1998). Kültürlü mikroalgler, kültür balıkçılığı yemi olarak. J Mar Biotechnol, 7,65-70.
7. Lee, Y.-K. (2001). Mikroalgal kitle kültürü sistemleri ve yöntemleri: Sınırlamaları ve potansiyelleri. Journal of Applied Phycology, 13, 307-315.
8. Martínez Palacios, CA, Chávez Sánchez, MC, Olvera Novoa, MA ve Abdo de la Parra, MI (1996). Su ürünleri yetiştiriciliği yemi için balık unu yerine alternatif bitkisel protein kaynakları. Üçüncü Uluslararası Su Ürünleri Beslenme Sempozyumu Bildiri Kitabı, Monterrey, Nuevo León, Meksika.
9. Olaizola, M. (2003). Mikroalgal biyoteknolojinin ticari gelişimi: test tüpünden pazara. Biyomoleküler Mühendislik, 20, 459-466.