Ученые впервые обнаружили на территории России штамм зеленой одноклеточной водоросли Coelastrella multistriata. Она представляет большой интерес для биотехнологии, поскольку до 50% ее массы составляют жирные кислоты, которые перспективны в качестве сырья для фармацевтических препаратов, а также производства биодизельного топлива.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.

Род Coelastrella объединяет одноклеточных зеленых водорослей, которые обитают на суше и в пресных водоемах Европы. Ученые выяснили, что представители этого рода накапливают в клетках большое количество липидов в виде жирных кислот и каротиноидов (предшественников витамина А) — до 50% и 2% биомассы соответственно. Эти вещества очень ценятся в фармацевтической промышленности, поскольку из них можно синтезировать биологически активные вещества, витамины и пищевые добавки.

Исследователи из Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва) с коллегами описали новый штамм водоросли Coelastrella multistriata, а также изучили состав, количество и особенности накопления в ее клетках жирных кислот. Штамм MZ-Ch23 биологи обнаружили в почве на территории Гуровского карьера в Тульской области. Водоросль очистили от сопутствующих микроорганизмов и выращивали в колбах на минеральной среде. Количество и тип жирных кислот, накапливаемых в клетке, исследователи определяли биохимически.

Оказалось, что по количеству преобладали ненасыщенные кислоты, в молекулах которых между некоторыми атомами углерода образуются двойные связи. Среди них больше всего оказалось омега-3 и омега-6 жирных кислот, таких как альфа-линоленовая — 38%, гексадекатриеновая — 19% и линолевая — 12%. Омега-3 и омега-6 жирные кислоты очень полезны для человека: на их основе в организме синтезируются многие биологически активные вещества и гормоны, поэтому Coelastrella может стать хорошим источником для их промышленного получения.

Также ученые создали для водоросли условия голодания — штамм поместили в среду, в которой не было азота, фосфора или обоих этих элементов. Азот и фосфор необходимы для роста всех микроорганизмов, в том числе одноклеточных водорослей, поскольку с помощью этих элементов собираются «строительные блоки» белков и нуклеиновых кислот. Если же появляется недостаток азота или фосфора, водоросли начинают накапливать запасные питательные вещества, в первую очередь липиды.

Поэтому биологи предположили, что при голодании штамм Coelastrella multistriata будет синтезировать еще больше ценных жирных кислот. Оказалось, что в таких условиях водоросли вместо омега-3 и омега-6 стали синтезировать преимущественно насыщенные и мононенасыщенные (только с одной двойной связью) жирные кислоты — до 61% от общего количества.

«Наше исследование показало, что общее содержание жирных кислот в клетках Coelastrella multistriata MZ-Ch23 достигает 57% биомассы, что гораздо выше, чем у других видов этого рода водорослей. Поэтому этот штамм перспективен для получения омега-3 и омега-6 жирных кислот, которые в большом количестве накапливаются в клетках при выращивании на полной питательной среде. Кроме того, мы показали, что при голодании водоросль синтезирует насыщенные жирные кислоты, которые можно использовать для производства биодизельного топлива. В дальнейшем мы планируем исследовать влияние других стрессоров, например тяжелых металлов или избыточного освещения, на накопление липидов этим штаммом», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Мальцев, кандидат биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Лаборатории молекулярной систематики водных растений Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН.