Тренкеншу Р. П., Лелеков А. С.

Rudolf P. Trenkenshu, Alexander S. Lelekov

Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей
имени А.О.Ковалевского РАН» (Севастополь, Россия)

УДК 574:57.01

Статья посвящена двадцатипятилетию создания Отдела биотехнологий и фиторесурсов ФИЦ ИнБЮМ РАН, на базе которого сформировалась одна из немногих в России школ альготехнологий. Кратко изложены основные достижения современной науки в области исследования роста микроводорослей на клеточном и популяционном уровнях организации. Особое внимание уделено научным направлениям работы Отдела биотехнологий и фиторесурсов в области изучения микроводорослей, которые в своей совокупности затрагивают практически все вопросы альготехнологии. Фундаментальная тематика школы представлена пятью пунктами: изучение энерго- и массообмена микроводорослей в культуре; моделирование динамики биосинтеза, дыхания и субстратзависимого роста микроводорослей; теоретические основы управления биохимическим составом микроводорослей; роль миксотрофного типа питания микроводорослей в продукционных процессах и мелиорации среды; ангидробиоз и галобиоз как способ выживаемости микроводорослей. Практическая значимость проводимых исследований обуславливается разработкой системы контроля и управления ростом культуры микроводорослей, упорядочивания и обработки информации о перспективных объектах альготехнологии, подходов и методов оптимизации промышленного выращивания микроводорослей, получения биомассы заданного биохимического состава, а также отработкой технологий биологической доочистки сточных вод. Приведены основные монографии и диссертации, которые лежат в основе каждого направления.

Ключевые слова: микроводоросли; интенсивная культура; моделирование; биотехнология.

Введение

Культура микроводорослей используется в качестве одного из основных модельных объектов при исследовании экологических основ жизнедеятельности гидробионтов, для выявления закономерностей влияния факторов среды на скорость роста и продукцию биохимических компонентов клеток. Главным достоинством использования культур микроводорослей является возможность получения воспроизводимых результатов. Это позволяет с заданной точностью дать количественную оценку влияния того или иного фактора среды на скорость фотобиосинтеза. Работа с культурами микроводорослей позволила совершить многочисленные открытия в области фото- и биосинтеза на молекулярном, надмолекулярном и клеточном уровнях организации. В последние годы детально проработаны вопросы поглощения и метаболизма основных биогенных макро- и микроэлементов (White, Dyhrman, 2013; Sanz-Luque et al., 2015). Использование культур микроводорослей при исследовании фотосинтеза получило широкое распространение еще в начале двадцатого века. На сегодняшний день достигнуты впечатляющие успехи в исследованиях фотосинтетической системы: открыты структуры практически всех белков обоих фотосистем, определены характерные времена протекания отдельных стадий фотосинтеза, разработаны комплексные математические модели фотосинтетической мембраны (Ризниченко, Рубин, 2020). В процессе фотосинтеза поглощённая энергия ФАР (фотосинтетически активной радиации) запасается клетками микроводорослей в виде АТФ и НАДФ·Н, которые в дальнейшем используются при синтезе первичных углеводов в цикле Кальвина и последующих реакциях биосинтеза. Современные представления о фотосинтезе в самой простейшей интерпретации сводятся к общепринятой Z-схеме (Антал, 2018; Ризниченко, Рубин, 2020). В литературе представлена детальная информация о физиологических основах функционирования СО2-концентрирующего механизма. Ключевым ферментом, обеспечивающим связывание неорганического углерода с последующим образованием фосфорилированных сахаров, является рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза (РБФК). Количество данного белка может составлять до половины всех белков клетки (Пронина, 2000). Ассимиляция и фиксация углерода происходит благодаря карбоангидразе, которая также участвует в переводе гидрокарбонатов в углекислоту в зоне активного центра РБФК. Ассимилируя углекислоту и выделяя кислород при фотосинтезе, микроводоросли являются незаменимыми компонентами искусственных замкнутых экосистем (Дегерменджи, Тихомиров, 2014).

История и современное состояние исследований роста микроводорослей в культуре

С середины прошлого века в России проводятся исследования роста интенсивных культур микроводорослей различных систематических групп. Это позволило провести биохимический скрининг многих видов микроводорослей, который показал, что микроводоросли синтезируют огромное количество уникальных природных соединений, имеющих бесценный прикладной потенциал. К текущему моменту использование этого потенциала только начинается, и в основном для пресноводных видов, имеющих намного меньшее количественное и качественное содержание биологически ценных веществ по сравнению с морскими видами.

Вопросы получения интенсивной культуры микроводорослей из природных сообществ были проработаны группой управляемого фотосинтеза на базе Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева (ИФР РАН) под руководством А.А. Ничипоровича и его учеников (Владимирова, Семененко, 1962). За это время выполнены многочисленные исследования регуляции фотосинтеза, отбора штаммов – потенциальных источников БАВ, принципов создания замкнутых систем жизнеобеспечения, поддержания коллекции культур водорослей, организации массового культивирования микроводорослей и интенсификации продукции заданных компонентов биомассы и др. (Цоглин, Пронина, 2012). Стоит отметить, что и по настоящее время теоретические и прикладные исследования ИФРа по-прежнему задают направления развития альготехнологии на современной технологической базе (Gabrielyan et al., 2023). Параллельно с исследованиями ИФРа уже к началу шестидесятых готов в Отделе биофизики (с 1981 г. Институт биофизики имени И.А. Терскова) Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН была разработана модель замкнутой экологической системы «человек–хлорелла». В основе такой системы лежали фундаментальные исследования, которые демонстрировали возможность создания устойчивых систем непрерывного биосинтеза (Терсков, 1976), что стало возможным благодаря установлению количественных взаимосвязей оптических, продукционных и фотоэнергетических характеристик культуры микроводорослей с интенсивностью светового потока и концентрацией минеральных компонентов питательной среды (Белянин и др., 1980). В работах Института рассмотрен широкий круг вопросов влияния различных световых режимов культивирования, спектрального состава источника освещения на выход биомассы. Особое внимание уделено изучению селекции клеток микроводорослей в условиях непрерывной культуры, что при варьировании внешних параметров позволяет изучать эволюционные процессы в системе (Дегерменджи, Тихомиров, 2014).

Основным объектом исследований Отдела биотехнологий и фиторесурсов являются интенсивные культуры высокой оптической плотности морских или пресноводных видов микроводорослей и цианопрокариот. Предметом исследований – продукционные характеристики роста культуры, их взаимосвязь с внешними и внутриклеточными потоками субстрата. Основные рассматриваемые параметры – это непосредственно биомассы микроводорослей, продуктивность или скорость роста (валовая, средняя, максимальная), темп деления или удельная скорость роста, максимальная биомасса при накопительном культивировании, удельная скорость поддержания (эндогенного расхода), экономический коэффициент или потребность клеток в субстрате. Среди параметров, характеризующих биохимический состав биомассы, выделим концентрацию, содержание и продукцию (скорость синтеза) того или иного компонента биомассы. Кроме того, фотоавтотрофное культивирование требует учёта энергетических параметров, таких как эффективность преобразования энергии света или КПД фотобиосинтеза, интегральный коэффициент поглощения энергии и пр.

Полученные научные результаты находят конкретный практический выход в технологических схемах промышленного выращивания, переработки и насыщения микроэлементами биомассы микроводорослей в открытых бассейнах. Технология подразумевает использование солнечного света, что приводит к существенному снижению себестоимости конечного продукта по сравнению с культивированием на любых лампах. У коллектива имеется опыт внедрения технологии на предприятиях России, Украины и Греции. Особое внимание уделено вопросам подготовки сотрудников-технологов микроводорослевых производств, написаны учебные программы, рассчитанные на получение минимального, так и исчерпывающего количества знаний и навыков.

Основные научные направления исследования роста микроводорослей

За двадцать пять лет в Отделе биотехнологий и фиторесурсов ФИЦ ИнБЮМ РАН сформировалось несколько направлений фундаментальных исследований:

1. Изучение энерго- и массообмена микроводорослей в культуре. Кинетическое моделирование фотобиосинтеза. Рассматриваются законы сохранения энергии и вещества при выращивании микроводорослей в условиях действия различных лимитирующих факторов. Рост культуры микроводорослей, по сути, является нелинейными процессом. Поэтому любые работы с культурами должны проводиться с междисциплинарных позиций, объединяя знания молекулярной биофизики, биологии и биохимии. Существенно упрощает такие исследования использование проточных (плотностат, хемостат) культур микроводорослей, которые позволяют оценить влияние только одного фактора на скорость фотобиосинтеза, при этом остальные факторы стабилизируются на оптимальных уровнях. Это позволяет выявить универсальные закономерности влияния энергетического или минерального субстрата на продукционные характеристики культуры, определить ключевые видоспецифические параметры, отображающие организацию и функционирование узкого места метаболизма.

2. Моделирование динамики биосинтеза, дыхания и субстратзависимого роста микроводорослей. При исследованиях динамики роста микроводорослей, например в условиях накопительной культуры, возникают новые обобщённые параметры, которые характеризуют рост микроводорослей на популяционном уровне организации материи. Благодаря простоте технической реализации накопительный способ культивирования микроводорослей является наиболее часто применяемым. Обратной стороной такой простоты являются сложности при интерпретации полученных экспериментальных данных. В процессе роста накопительной культуры микроводорослей происходит постоянное снижение светового и минерального потока на единицу биомассы, изменения физико-химических условий, в которых находятся клетки. Учёт всех возможных лимитирующих факторов приводит к громоздкости математических моделей и, как следствие, к бессмысленности моделирования из-за наличия большого количества коэффициентов. Наметившимся выходом из сложившейся ситуации является разделение всей накопительной кривой на участки, что значительно упрощает математическое описание роста культуры. Теоретическим основанием для такого подхода является предположение о последовательности действия лимитирующих факторов и разделение процессов фото- и биосинтеза, где связующим звеном являются окислительно-восстановительные реакции перехода АТФ в АДФ и НАДФ·Н в НАДФ+. Ярчайшим экспериментальным примером в пользу данной гипотезы является наличие так называемых «изломов» на кривой роста, когда резко изменяется продуктивность культуры.

3. Теоретические основы управления биохимическим составом микроводорослей. Разработка теоретической основы управления биохимическим составом основывается на рассмотрении биомассы микроводорослей в виде суммы двух или большего количества составляющих (структурная–резервная биомасса, белки–липиды–углеводы и пр.). Продукция каждой составляющей определяется потоками энергетического или минерального субстрата на ключевой мультиферментный комплекс («узкое место метаболизма»). Варьирование субстратного потока вызывает изменение продукции и, как следствие, содержания того или иного компонента. Особый интерес как с теоретической, так и с практической точки зрения представляют алгоритмы управления процессом фотобиосинтеза в условиях циркадных ритмов освещения. В промышленных масштабах микроводоросли, как правило, выращивают в открытых фотобиореакторах в условиях естественного освещения, что обуславливает суточную ритмику роста и биосинтеза. Изменяющиеся световые условия по-разному воздействуют на скорости синтеза биохимических составляющих биомассы. В течение светового периода за счёт фотосинтеза происходит накопление полисахаридов и липидов, а в ходе темнового – падение их содержания. Накопленные за световой день резервы расходуются в ночное время на синтез структурной (белковой) составляющей. Зная скорости этих процессов, можно получать биомассу микроводорослей разного биохимического состава просто варьируя время её сбора.

4. Изучение роли миксотрофного типа питания микроводорослей в продукционных процессах и мелиорации среды. Для микроводорослей в подавляющем большинстве характерен фотоавтотрофный тип питания, при котором клетки практически не способны усваивать экзогенную органику. Однако в последнее время, в том числе благодаря международным программам по получению биодизеля, появилось значительное количество публикаций о способности микроводорослей переключаться на органические источники субстрата и обратно. На сегодняшний день представляются актуальными задачи по оценке эффективности фотобиосинтеза при использовании органического субстрата, влияния типа питания на продукцию биохимических составляющих, а также исследования развития сопутствующей микрофлоры при миксотрофии микроводорослей. Такие задачи особенно интересны в плане математического моделирования и получения количественных закономерностей роста культуры микроводорослей при использовании органических источников питания. С практической точки зрения такие закономерности позволят значительно снизить стоимость получаемой в промышленности биомассы без потери её качества, а возможно и с приобретением новых свойств.

5. Ангидробиоз и галобиоз как способ выживаемости и сохранения генетической информации микроводорослей. Анабиоз как способ сохранения генетической информации имеет огромное значение в эволюции и развитии жизни на нашей планете. На современном этапе до конца не объяснены процессы, происходящие с микроводорослями при переходе в анабиотическое состояние и обратно как на молекулярном, клеточном, так и на популяционном уровне организации. Проводимые в нашем отделе исследования по переводу микроводорослей в состояние ангидробиоза позволили разработать методы их длительного хранения и реактивации с последующим выведением в активную культуру. Главным результатом этих работ является создание коллекции микроводорослей, переведённых в состояние ангидробиоза. Коллекция содержит морские одноклеточные водоросли, а также пресноводные и галобные виды низших фототрофов, перспективные для аквакультуры и биотехнологии.

Практическая тематика

Кроме фундаментальных исследований, конечным результатом которых является появление новых знаний о фотобиосинтезе микроводорослей в культуре, в Отделе выполняются следующие прикладные тематики:

1. Разработка системы контроля и управления ростом культуры микроводорослей, упорядочивания и обработки информации о перспективных объектах альготехнологии. Любая система культивирования микроводорослей должна основываться на фундаментальных знания об их росте. Однако многочисленные статьи и патенты, посвящённые разработке систем выращивания водорослей или сбора информации, в своём большинстве написаны специалистами, не имеющих базового биологического образования и опыта работы с интенсивной культурой. С другой стороны, современная автоматизация исследовательского и технологического культивирования невозможна на базе биологических институтов. Поэтому наш Отдел более 20 лет сотрудничает с кафедрой «Физика» Севастопольского государственного университета. Совместные исследования направлены на разработку:

• новой приборной базы, обеспечивающей автоматизацию процесса измерения химических, оптических и др. характеристик коллоидных растворов;
• системы автоматических датчиков, позволяющих получать информацию о биомассе, её пигментном составе, физико-химических факторов среды.

Такая система позволяет управлять ростом культуры, варьируя скорость подачи среды в фотобиореактор, поверхностную интенсивность света, температуру и пр. Отдельным вопросом является определение ключевых параметров роста культуры посредством верификации математических моделей с использованием полученных с датчиков экспериментальных данных.

2. Разработка подходов и методов оптимизации промышленного выращивания микроводорослей различных систематических групп, получения биомассы заданного биохимического состава. На сегодняшний день в Отделе существует наработанный опыт запуска промышленного производства микроводорослей для конкретных географических условий заказчика. Был осуществлён запуск производства и обучение специалистов на предприятиях России, Украины и Греции. Преимуществом нашего подхода является работа с квазинепрерывной культурой, что позволяет обеспечить альгологическую чистоту суспензии и максимизировать выход биомассы. На базе радиобиологического корпуса ФИЦ ИнБЮМ расположен альготехнологический модуль, который позволяет получать опытные партии биомассы, выделять в исследовательских количествах её ценные компоненты.

3. Разработка технологий биологической очистки (доочистки) сточных вод микроводорослями и высшими водными растениями. Поступление биогенных элементов с бытовыми или промышленными сточными водами в природные водоёмы в концентрациях, превышающих предельно допустимые, приводит к эвтрофикации шельфовых вод, цветению, развитию гипоксии, сокращению объёма рыбных ресурсов и пр. Нами просчитаны и апробированы технологические режимы использования микроводорослей как вторичного элемента (после аэротенков) системы очистки, что позволяет снизить количество сбрасываемых веществ, а также нарастить дешевую по себестоимости биомассу. В последствии такая биомасса может быть использована для альголизации почв, получения биогумуса, либо как источник требуемого биохимического компонента.

Публикации

Каждое из вышеперечисленных направлений обосновано защищёнными диссертациями на соискание степени кандидата биологических наук под руководством Р.П. Тренкеншу:

Руководитель Отдела Биотехнологий и фиторесурсов, в.н.с., к.б.н. А.Б. Боровков	1998 г. – «Модель светозависимого содержания пигментов в микроводорослях» (Геворгиз Руслан Георгиевич); 2004 г. – «Активность антиоксдантной системы некоторых черноморских гидробионтов в прибрежной акватории Севастополя» (Шахматова Ольга Александровна); 2005 г. – «Влияние условий минерального питания на рост и химический состав Spirulina platensis (Nordst.) Geitl.» (Дробецкая Ирина Викторовна);	н.с., к.б.н. И.В. Дробецкая
с.н.с., к.б.н. И.А. Харчук	2008 г. – «Динамика пигментов и роста микроводорослей в хемостате на примере Dunaliella salina Teod.» (Боровков Андрей Борисович) и «Ангидробиоз микроводорослей как способ сохранения их жизнеспособности» (Харчук Ирина Алексеевна). 2009 г. – «Моделирование роста и биосинтеза морских микроводорослей в квазинепрерывной культуре» (Лелеков Александр Сергеевич);	с.н.с., д.б.н. А.С. Лелеков
с.н.с., к.б.н. С.Ю. Горбунова	2010 г. – «Мелиоративные свойства некоторых водных фототрофов» (Горбунова Светлана Юрьевна); 2011 г. – «Продукционные характеристики микроводорослей Dunaliella salina Teod. и Porphyridium purpureum (Bory) Ross при интенсивном культивировании» (Гудвилович Ирина Николаевна). В 2023 г. при поддержке Р.П. Тренкеншу А.С. Лелековым была защищена диссертация на соискание степени доктора биологических наук «Количественные закономерности роста микроводорослей в культуре и параметры управления процессом фотобиосинтеза».

На текущий момент под руководством Р.П. Тренкеншу находятся на стадии написания и оформления кандидатские диссертации Авсиян А.Л. – в работе рассматриваются вопросы, связанные с темновым дыханием микроводорослей; Чернышева Д.Н. – моделирование спектров поглощения микроводорослей; Гулина А.С. – разработка автоматических систем контроля и управления ростом микроводорослей в культуре и в естественной среде; Жондаревой Я.Д. – исследование миксотрофного типа питания микроводорослей; Новиковой Т.М. – управление биохимическим составом микроводорослей в рейтстате, Меметшаевой О.А. – исследование жизненного цикла клеток микроводорослей.

Кроме многочисленных публикаций в отечественных и заграничных журналах за почти тридцатилетний период коллективом Отдела биотехнологий и фиторесурсов издано несколько монографий, которые освещают как теоретические, так и практические технологические аспекты роста микроводорослей в культуре. Так, в 2005 г. вышла в свет монография Р.П. Тренкеншу «Кинетика субстратзависимых реакций при различной организации метаболических систем» (Тренкеншу, 2005). В монографии показана возможность применения формализма теории сервисных систем (теории массового обслуживания) для описания кинетики фотобиосинтеза микроводорослей. Одним из важнейших выводов является то, что форма кинетических кривых определяется структурной организацией метаболических или транспортных систем, которые преобразуют или транспортируют субстрат, а также временнóй организацией потока самого субстрата. Таким образом, по форме кривой можно судить об организации «узкого места метаболизма». Кроме того, появляется возможность оценки эволюционной стратегии системы. Также в 2005 г. выходит монография Р.П. Тренкеншу, Р.Г. Геворгиз, А.Б. Боровков «Основы промышленного культивирования дуналиеллы солоноводной (Dunaliella salina Teod.)» (Тренкеншу и др., 2005), в которой представлены результаты исследований продукционных характеристик данной галобной микроводоросли в производственных условиях. Рассмотрены вопросы организации производства, оптимизации процесса культивирования, а также накопления дуналиеллой хлорофилла и каротиноидов. В опубликованной в 2009 г. монографии Р.П. Тренкеншу, Р.Г. Геворгиз, Е.Г. Лианакис, Х.А. Иконому «Краткое руководство по культивированию спирулины» (Тренкеншу и др., 2009) в сжатой форме изложены основные моменты, закладывающие теоретическую основу организации промышленного производства биомассы микроводорослей. Уделено внимание вопросам расчёта и приготовления питательной среды, организации накопительной и квазинепрерывной культуры, методикам определения биомассы спирулины. В 2017 г. была издана монография Р.П. Тренкеншу, А.С. Лелеков «Моделирование роста микроводорослей в культуре» (Тренкеншу, Лелеков, 2017), в которой подведён итог серии публикаций под общим названием «Простейшие модели роста микроводорослей» и дана оценка применимости существующих подходов к моделированию роста интенсивной оптически плотной культуры микроводорослей. По сложившейся традиции, в биокинетике по-прежнему используются модели, основывающиеся на формализме химической кинетики, несмотря на то что к текущему моменту получено огромное количество информации об организации, функционировании ферментных и транспортных систем клетки. В монографии предложены новые теоретические подходы, позволяющие объединить знания о росте культур микроводорослей на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях в единое целое.

Заключение

Сложившаяся в г. Севастополе на базе Отдела биотехнологий и фиторесурсов ФИЦ ИнБЮМ школа по исследованию и промышленному культивированию микроводорослей является практически единственной в России. Это обусловлено тем, что абсолютное большинство работ с микроводорослями посвящено биофизическим основам функционирования молекулярных и надмолекулярных систем микроводорослей или их росту и развитию в природных экосистемах. Работа же с интенсивными оптически плотными культурами, которая выполняется в нашем коллективе, является связующим элементом, замыкающим в единое целое исследования микроводорослей в нашей стране.

Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ИнБЮМ по теме «Комплексное исследование экологических и физиолого-биохимических особенностей микроводорослей различных таксономических групп при адаптации к меняющимся условиям среды» (№ гос. регистрации 124021300070-2).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Антал Т.К. Механизмы адаптации фотосинтетического аппарата к недостатку основных элементов минерального питания: Автореф. дис. док. биол. наук. – М., 2018. – 46 с.
2. Белянин В.Н., Сидько Ф.Я., Тренкеншу А.П. Энергетика фотосинтезирующей культуры микроводорослей. – Новосибирск: Наука, 1980. – 136 с.
3. Владимирова М.Г., Семененко В.Е. Интенсивная культура одноклеточных водорослей. – М.: АН СССР, 1962. – 60 с.
4. Дегерменджи А.Г., Тихомиров А.А. Создание искусственных замкнутых экосистем земного и космического назначения // Вестник российской академии наук. 2014. Т.84, №3. С. 233–240.
5. Пронина Н.А. Организация и физиологическая роль СО2-концентрирующего механизма // Физиология растений. 2000. Т.47, №5. C. 801–810.
6. Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б. Динамические модели электронного транспорта в фотосинтезе. – М.: Изд-во Института компьютерных исследований, 2020. – 332 с.
7. Терсков И.А. Параметрическое управление биосинтезом // Вестник АН СССР. 1976. №7. С. 61–70.
8. Тренкеншу Р.П. Кинетика субстратзависимых реакций при различной организации метаболических систем. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. – 89 с.
9. Тренкеншу Р.П., Геворгиз Р.Г., Боровков А.Б. Основы промышленного культивирования дуналиеллы солоноводной (Dunaliella salina Teod.). – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. – 103 с.
10. Тренкеншу Р.П., Геворгиз Р.Г., Лианакис Е.Г., Иконому Х.А. Краткое руководство по культивированию спирулины. – Севастополь, 2009. – 101 с.
11. Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. Моделирование роста микроводорослей в культуре. – Севастополь: ООО «Константа», 2017. – 152 с.
12. Цоглин Л.Н., Пронина Н.А. Биотехнология микроводорослей. – М.: Научный мир, 2012. – 184 с.
13. Gabrielyan D.A., Sinetova M.A., Gabrielyan A.K., Bobrovnikova L.A., Bedbenov V.S., Starikov A.Yu., Zorina A.A., Gabel B.V., Los D.A. Laboratory system for intensive cultivation of microalgae and cyanobacteria // Russian J. Plant Physiol. 2023. V.70, N 20. DOI: https://doi.org/10.1134/S1021443722602737
14. Sanz-Luque E., Chamizo-Ampudia A., Llamas A., Galvan A., Fernandez E. Understanding nitrate assimilation and its regulation in microalgae // Front. Plant. Sci. 2015. V.6, №899. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00899
15. White A., Dyhrman S. The marine phosphorus cycle // Front. Microbiol. 2013. V. 4, №105. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00105

Статья поступила в редакцию 03.06.2024
После доработки 05.11.2024
Статья принята к публикации 15.11.2024

Об авторах

Тренкеншу Рудольф Павлович – Rudolf P. Trenkenshu

кандидат биологических наук
ведущий научный сотрудник, ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О.Ковалевского РАН» - ФИЦ ИнБЮМ РАН, Севастополь, Россия (FIC “Kovalevsky Institute of Marine Biological Research RAS”, Sevastopol, Russia), Отдел биотехнологий и фиторесурсов

trenkens@yandex.ru

Лелеков Александр Сергеевич – Alexander S. Lelekov

кандидат биологических наук
старший научный сотрудник, ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А.О.Ковалевского РАН» - ФИЦ ИнБЮМ РАН, Севастополь, Россия (FIC “Kovalevsky Institute of Marine Biological Research RAS”, Sevastopol, Russia), Отдел биотехнологий и фиторесурсов

a.lelekov@yandex.ru

Корреспондентский адрес: Россия, 299011, Севастополь, пр. Нахимова, 2, ФИЦ ИНБЮМ РАН; тел. (8692)-55-07-95.

ССЫЛКА:

Тренкеншу Р.П., Лелеков А.С. Севастопольская школа альготехнологий // Вопросы современной альгологии. 2024. №1 (34). С. 29–38. URL: http://algology.ru/2098

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2024-1(44)-29-38, END – NBZJDW

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Sevastopol school of algotechnology

Rudolf P. Trenkenshu, Alexander S. Lelekov

Kovalevsky Institute of Marine Biological Research RAS (Sevastopol, Russia)

The article focuses on the twenty-fifth anniversary of the Department of Biotechnology and Phytoresources creation in A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RAS. On this base the scientific school of algotechnology was formed in Sevastopol hero-sity. The main achievements of modern science in the field of microalgae growth research at the cellular and population level of organization are briefly outlined. Special attention is paid to scientific directions, which in their totality touch practically all issues of algotechnology. The fundamental theme of the school is represented by five points: study of energy and mass exchange of microalgae in culture; modelling of dynamics of biosynthesis, respiration and substrate-dependent growth of microalgae; theoretical bases of biochemical composition microalgae’s biomass control; role of mixotrophic type of nutrition in production processes and environment reclamation; anhydrobiosis and halobiosis as a way of microalgae survival. Practical significance of the conducted research is conditioned by the development of the system of control and management of microalgae culture growth, ordering and processing of information about promising objects of algotechnology, approaches and methods of optimization of industrial cultivation of microalgae, obtaining biomass of a given biochemical composition, as well as technologies of biological pretreatment of waste water. The main monographs and dissertations that form the basis of each direction are given.

Key words: microalgae; intensive culture, modelling; biotechnology

References

1. Antal T.K. Mexanizmy adaptacii fotosinteticheskogo apparata k nedostatku osnovnyx elementov mineralnogo pitaniya [Mechanisms of adaptation of photosynthetic influence to the lack of basic elements of mineral nutrition]: DPhil Thesis. Moscow, 2018. 46 p. (In Russ.)
   
2. Belyanin V.N., Sid`ko F.Ya., Trenkenshu A.P. Energetika fotosinteziruyushhej kultury mikrovodoroslej [Energy of photosynthetic microalgae culture]. Nauka, Novosibirsk, 1980. 136 p. (In Russ.)
   
3. Degermendzhi A.G., Tixomirov A.A. Sozdanie iskusstvennyh zamknutyh ekosistem zemnogo i kosmicheskogo naznacheniya [Creation of artificial closed ecosystems for terrestrial and space purposes]. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2014. V.84, N 3. P. 233–240. (In Russ.)
   
4. Gabrielyan D.A., Sinetova M.A., Gabrielyan A.K., Bobrovnikova L.A., Bedbenov V.S., Starikov A.Yu., Zorina A.A., Gabel B.V., Los D.A. Laboratory system for intensive cultivation of microalgae and cyanobacteria. Russian J. Plant Physiol. 2023. V.70, N 20. DOI: https://doi.org/10.1134/S1021443722602737
5. Pronina N.A. Organizaciya i fiziologicheskaya rol' СO2-koncentriruyushchego mekhanizma [Organization and physiological role of the CO2 concentration mechanism]. Russian J. Plant Physiol. 2000. V.47, N 5. P. 801–810. (In Russ.)
   
6. Riznichenko G.Yu., Rubin A.B. Dinamicheskie modeli elektronnogo transporta v fotosinteze [Dynamic models of electron transport in photosynthesis]. Izd-vo Instituta komp'yuternyh issledovanij, Moscow, 2020. 332 p. (In Russ.)
7. Sanz-Luque E., Chamizo-Ampudia A., Llamas A., Galvan A., Fernandez E. Understanding nitrate assimilation and its regulation in microalgae. Front. Plant. Sci. 2015. V.6, №899. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00899
8. Terskov I.A. Parametricheskoye upravleniye biosintezom [Parametric control of biosynthesis]. Bulletin of the USSR Academy of Sciences. 1976. No.7. P. 61–70. (In Russ.)
9. Trenkenshu R.P. Kinetika substratzavisimykh reaktsiy pri razlichnoy organizatsii metabolicheskikh sistem [Kinetics of substrate-dependent reactions in different organizations of metabolic systems]. EKOSI-Gidrofizika, Sevastopol’, 2005. 89 p. (In Russ.)
10. Trenkenshu R.P., Gevorgiz R.G., Borovkov A.B. Osnovy promyshlennogo kul'tivirovaniya dunaliyelly solonovodnoy (Dunaliella salina Teod.). [Basics of industrial cultivation of Dunaliella salina Teod.] EKOSI-Gidrofizika, Sevastopol’, 2005. 103 p. (In Russ.)
11. Trenkenshu R.P., Gevorgiz R.G., Lianakis Ye.G., Ikonomu Kh.A. Kratkoe rukovodstvo po kul'tivirovaniyu spiruliny [A quick guide to cultivating spirulina]. Sevastopol’, 2009. 101 p. (In Russ.)
12. Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Modelirovaniye rosta mikrovodorosley v kul'ture [Modeling the growth of microalgae in culture]. “Konstanta”, Sevastopol’, 2017. 152 p. (In Russ.)
13. Tsoglin L.N., Pronina N.A. Biotekhnologiya mikrovodorosley. [Biotechnology of microalgae]. Nauchnyy mir, Moscow, 2012. 184 p. (In Russ.)
14. Vladimirova M.G., Semenenko V.E. Intensivnaya kul'tura odnokletochnyh vodoroslej [Intensive culture of unicellular algae]. AN SSSR, Moscow, 1962. 60 p. (In Russ.)
15. White A., Dyhrman S. The marine phosphorus cycle. Front. Microbiol. 2013. V. 4, №105. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2013.00105

Authors

Trenkenshu Rudolf P.

ORCID – https://orcid.org/0000-0003-3727-303X

Kovalevsky Institute of Marine Biological Research RAS, Sevastopol, Russia

trenkens@yandex.ru

Lelekov Alexander S.

ORCID – https://orcid.org/0000-0002-3876-3455

Kovalevsky Institute of Marine Biological Research RAS, Sevastopol, Russia

a.lelekov@yandex.ru

ARTICLE LINK:

Trenkenshu R.P., Lelekov A.S. Sevastopol school of algotechnology. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2024. № 1 (34). P. 29–38. URL: http://algology.ru/2098

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2024-1(44)-29-38, END – NBZJDW

When reprinting a link to the site is required

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147