Sciencemag.cz
Doporučujeme
V přírodě stojí mikrořasy jako producenti na počátku potravního řetězce. Obsahují široké spektrum nutričně důležitých látek: proteinů, aminokyselin, polysacharidů, lipidů, pigmentů, nukleových kyselin.
Primárním produktem je biomasa, nejčastěji ve formě doplňků stravy nebo tzv. funkčních potravin (které mimo základní nutriční funkci podporují zdraví a prevenci nemocí). Výživové doplňky přicházejí na trh většinou jako tablety, kapsle nebo jako prášek řasové biomasy, který je možné přidávat do potravin (jogurty, nápoje, pečivo). Někteří producenti nabízejí i extrakty z vybraných druhů mikrořas.
Stejně se biomasa mikrořas využívá jako nutriční doplněk krmiv, v nichž je zdrojem proteinů, lipidů, vitamínů, minerálů a důležitých bioaktivních látek. Jen mikrořasy (a některé vyšší rostliny) syntetizují polynenasycené mastné kyseliny (PUFA), které jsou důležité pro kardiovaskulární systém a fyzickou kondici.
V současnosti mají PUFA (např. kyselina linolová, linolenová, arachidonová, eikosapentaenová a dokosahexaenová), podobně jako karotenoidy, velmi rozsáhlý trh pro využití v potravinářství a krmivářství.
Biomasa mikrořas obsahuje prakticky všechny esenciální aminokyseliny, majoritně jsou zastoupeny leucin, valin, arginin, lysin, izoleucin, fenylalanin, thyrosin (> 5 g/100 g proteinů). V menším množství je zastoupen např. i tryptofan, který chybí v mase či mléce.
Podobnou důležitost jako PUFA i esenciální aminokyseliny mají i karotenoidy (β-karoten, astaxantin nebo lutein) jako koloranty pro vybarvení kůže okrasných ryb či korýšů nebo peří ptáků. Největší uplatnění nachází astaxantin především v chovech lososů nebo pstruhů, kde je nezbytný pro vybarvení masa. Syntetický produkt sice kryje 95 % spotřeby, ale ve stále více zemích (Japonsko, USA, Kanada) se dává přednost přírodnímu astaxantinu, který se získává z krunýřů mořských korýšů nebo z mikrořasy Haematococcus. Ačkoliv se do krmiv lososovitých ryb přidává pouze malé množství astaxantinu, podílí se tento pigment až na 20 % ceny krmiva. V poslední době stále populárnější pstruh „lososový“ je vlastně běžný pstruh krmený potravou bohatou na astaxantin, která dodá masu požadovanou lososovou barvu.
Mikrořasy jsou vzhledem ke své schopnosti akumulovat kovy i nekovy velmi vhodné pro inkorporaci některých biogenních prvků do biomasy, např. chromu, železa, jódu, selenu, zinku a dalších. Organicky vázané prvky jsou pak vhodnými doplňky stravy nebo krmení, pokud je diagnostikována jejich deficience v organismu.
Doplňky výživy z mikrořas musí splňovat všechny příslušné požadavky na kvalitu a zdravotní standardy potravin, tzn. povolený obsah škodlivých nebo toxických látek z hlediska rizik, jako jsou těžké kovy (olovo, kadmium, rtuť a arzén), přírodní toxiny, bakteriální kontaminace, pesticidy, dioxiny, polychlorované bifenyly, polycyklické aromatické uhlovodíky, perzistentní organické polutanty a další. Provozy pro produkci mikrořas a jejich následné zpracování musí mít pochopitelně zavedený a schválený systém analýzy rizika a stanovení kritických kontrolních bodů (HACCP).
Cenné a bioaktivní látky pro farmacii a kosmetiku
Další důležitou oblastí je uplatnění mikrořas jako zdroje určitých bioaktivních látek využitelných pro farmaceutický průmysl. Kultury mikrořas jsou ideální platformou pro produkci látek s vysokou přidanou hodnotou, protože představují řízené, velmi flexibilní „biotovárny“ poháněné sluncem, s nízkými požadavky na provoz.
Vzhledem k fototrofnímu růstu jsou mikrořasy vystaveny přítomnosti reaktivních kyslíkových radikálů a vyvinuly si proto mechanismy ochrany. Jsou to např. lipofilní lapače (scavenger) reaktivních radikálů (karotenoidy, zejména β-karoten, α-tokoferol, lutein a astaxantin). Polysacharidy obsažené v mikrořasách představují další významné bioaktivní látky. Příkladem je unikátní bioaktivní látka chlorella růstový faktor CGF (Chlorella Growth Factor), který se izoluje jako vodný extrakt biomasy. Je směsí různých složek – nukleopeptidů se sírou a polysacharidů, z nichž nejdůležitější je β-1,3-glukan. Jako imunostimulant podporuje CGF regeneraci tkání a ochranu buněk proti některým toxickým látkám, odolnost k různým chorobám a také zpomaluje proces stárnutí.
V rámci celé skupiny mikrořas jsou z hlediska produkce bioaktivních látek (sekundárních metabolitů) nejzajímavější sinice. Obsahové látky sinic je možno třídit podle různých kritérií, nejčastěji to však bývá podle biologického účinku nebo na základě chemické struktury studované látky. Můžeme proto rámcově rozlišit biotoxiny a cytotoxiny. Ty první jsou schopny usmrtit vícebuněčné organismy, ty druhé indukují smrt jednotlivých buněk či jednobuněčných organismů. Pokud se týče chemických struktur bioaktivních látek, sinice obsahují především cyklické a lineární peptidy, depsipeptidy, polyketidy, makrolidy, cyklické étery, alkaloidy (heterocyklické sloučeniny), terpenoidy, makrolaktony, deriváty nukleosidů a lipopolysacharidy.
Velmi důležitou skupinou bioaktivních látek jsou cyanotoxiny, které produkují především sinice tvořící vodní květy (např. Microcystis, Anabaena a Aphanizomenon). Tyto látky mohou být kategorizovány jako neurotoxiny, hepatotoxiny, genotoxiny, imunotoxiny a embryotoxiny, podle afinity k buňkám specifické tkáně. Nicméně většina těchto látek vykazuje biologickou aktivitu smíšenou. Cyanotoxiny jsou sice toxické pro zvířata i člověka, ale mohou být i potenciálním základem léčivých přípravků. Rozsáhlé testování nových kmenů v řadě světových laboratoří se proto zaměřuje na sekundární metabolity jako potenciální biofarmaka. Tyto látky produkují některé sinice (např. rodu Nostoc, Cylindrospermum, Anabaena) v různých fázích růstu. Charakter bioaktivních látek (např. puwainafycinu, tolytoxinu, nostotrebinu, aeruginosinu, anabaenopeptinu), které byly izolovány z těchto kmenů v laboratořích MBÚ v Třeboni, je velmi rozdílný – od oxadiazinů přes neribozomální lineární peptidy a cyklické lipopeptidy až po polyfenoly. Mají antivirové, antibakteriální a antifungální účinky, jsou to také cytotoxické látky, stejně jako inhibitory proteáz. Jejich studium je významné pro hledání nových protinádorových přípravků, antibiotik a jiných léků.
Vzhledem k tomu, že mikrořasy rostou fototrofně za kontrolovaných podmínek, mohou inkorporovat také některé stabilní izotopy z anorganických sloučenin (např. 13C, 15N, 2D) do svých produktů, např. polysacharidů nebo proteinů. Různé biologické produkty označené stabilními izotopy se používají jednak pro vědecké účely (zjišťování struktury molekul nebo fyziologické pokusy), ale především pro klinické účely (diagnostické testy).
Kosmetický průmysl využívá nejen řadu látek z mořských makroskopických řas, ale vyhledávanou surovinou pro kosmetické přípravky jsou i mikrořasy. Aminokyseliny a nukleové kyseliny vyživují a hydratují pokožku, vitamín E a karotenoidy působí jako antioxidanty, ostatní vitamíny a lipidy působí proti stárnutí pokožky, podporují regeneraci tkání a podobně. Přípravky na pomezí kosmetiky a dermálních léčiv byly používány například ve veterinární medicíně k podpoře kvality srsti u psů a koček nebo se ve formě suspenzních mastí užívaly k urychlení hojení ran.
tento text je úryvkem z knihy
Jiří Masojídek a kol.: Mikrořasy – solární továrna v jedné buňce
Academia 2016
O knize na stránkách vydavatele
