미세 조류

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난노클로로프시스 미세조류
CSIRO 연구실의 미세조류 배양물 수집

미세 조류(microalgae)는 육안으로 볼 수 없는 미세한 조류들의 통칭이다. 일반적으로 담수 및 해양 시스템에서 발견되는 식물성 플랑크톤으로 수주와 퇴적물 모두에 서식한다. 개별적으로 또는 사슬이나 그룹으로 존재하는 단세포 종이다. 종에 따라 크기는 수 마이크로미터(μm)에서 수백 마이크로미터까지 다양하다. 고등식물과 달리 미세 조류는 뿌리, 줄기 또는 잎이 없다. 점성력이 지배하는 환경에 특별히 적합하다.

생태계[편집]

광합성을 수행할 수 있는 미세조류는 지구상의 생명체에 중요하다. 그들은 대기 산소의 약 절반을 생산하고[1] 동시에 온실가스인 이산화탄소를 사용하여 광독립 영양적으로 성장한다. 해양 광합성은 시아노박테리아와 함께 식물 플랑크톤이라고 하는 미세조류가 지배한다.[2] 미세조류는 박테리아와 함께 먹이 그물의 기초를 형성하고 그 위의 모든 영양 수준에 에너지를 제공한다. 미세조류 바이오매스는 종종 농도로 측정되며 잠재적 생산에 대한 유용한 지표를 제공할 수 있다.[3]

미세조류의 생물다양성은 엄청나며 거의 개발되지 않은 자원을 나타낸다. 많은 다른 속의 약 200,000-800,000 종이 존재하는 것으로 추정되며 그 중 약 50000종이 기술된다.[4] 조류 바이오매스에서 유래한 15,000개 이상의 새로운 화합물이 화학적으로 결정되었다. 예로는 카로티노이드, 항산화제, 지방산, 효소, 폴리머, 펩타이드, 독소 및 스테롤이 있다.[5]

미세조류 계열의 예외는 엽록소가 없는 무색 프로토테카이다. 이 무색소성 조류는 기생으로 전환하여 인간과 동물에서 질병 프로토테코시스를 유발한다.

화학적 특성[편집]

다양한 단세포 및 군체 민물 미세조류

미세조류의 화학적 조성은 고유한 상수 요인이 아니라 종과 재배 조건에 따라 다양한 요인에 따라 변한다. 일부 미세조류는 환경 변화에 따라 화학적 조성을 변경하여 환경 조건의 변화에 적응할 수 있는 능력이 있다. 특히 극적인 예는 인이 고갈된 환경에서 인지질을 비인막 지질로 대체하는 능력이다.[6] 온도, 조도, pH, CO2 공급, 염분 및 영양소와 같은 환경 요인을 변경하여 미세조류에 원하는 생성물을 크게 축적할 수 있다.

Microphytes는 또한 먹이 선택, 방어 및 회피에 기여하는 화학적 신호를 생성한다. 이러한 화학적 신호는 조류 번성과 같은 대규모 열대 구조에 영향을 미치지만 단순 확산 및 층류 이류에 의해 전파된다.[7] 미생물과 같은 미세조류는 특히 이매패류를 비롯한 수많은 양식 종의 주 먹이가 된다.

광합성 및 화학합성[편집]

광합성 및 화학 합성 미생물은 또한 숙주 유기체와 공생 관계를 형성할 수 있다. 그들은 스스로 합성할 수 없는 이매패류의 성장에 필요한 비타민과 다가불포화 지방산을 제공한다. 또한 세포는 수성 현탁액에서 성장하기 때문에 물, CO2 및 기타 영양소에 더 효율적으로 접근할 수 있다.

미세조류는 해양 생물권에서 영양 순환 및 무기 탄소를 유기 분자로 고정하고 산소를 발현하는 데 중요한 역할을 한다.

생선 기름은 오메가-3 지방산 함량으로 유명해졌지만 생선은 실제로 오메가-3를 생성하지 않고 대신 미세조류를 섭취하여 오메가-3 매장량을 축적한다. 이러한 오메가-3 지방산은 이를 생산하는 미세조류로부터 직접 인간의 식단에서 얻을 수 있다.

미세조류는 종 및 재배 조건에 따라 상당한 양의 단백질을 축적할 수 있다. 비경작지에서 자라는 미세조류는 인간이 섭취하거나 동물 사료를 위한 대체 단백질 공급원을 제공할 수 있다.[8] 미세조류 단백질은 또한 식품 산업에서 동물성 단백질을 대체하기 위해 농축제[9] 또는 에멀젼 및 거품 안정제[10]로 조사된다.

일부 미세조류는 추출하여 착색제로 사용할 수 있는 엽록소, 카로티노이드 또는 피코빌리단백질과 같은 발색단을 축적한다.[11]

미세조류의 배양[편집]

다양한 미세조류 종은 사육장에서 생산되며 인간 영양[12], 바이오 연료[13], 다른 유기체의 양식업[14], 의약품 제조, 화장품[15], 생물비료[16]를 포함하여 상업적 목적을 위해 다양한 방식으로 사용된다. 그러나 낮은 세포 밀도는 많은 미세조류 유래 제품, 특히 저가 상품의 상업적 생존가능성에 있어 주요 병목 현상이다.[17]

연구에 따르면 미세조류 사육 시스템의 성공에 대한 주요 요인은 다음과 같다.

  • 미세조류가 배양되는 용기/생물반응기의 치수
  • 빛에 대한 노출/ 조사
  • 반응기 내의 세포 농도.

같이 보기[편집]

각주[편집]

  1. ↑ Williams, Robyn (2013년 10월 25일). “Microscopic algae produce half the oxygen we breathe”. 《The Science Show》. ABC. 2020년 11월 11일에 확인함. 
  2. ↑ Parker, Micaela S.; Mock, Thomas; Armbrust, E. Virginia (2008). “Genomic Insights into Marine Microalgae”. 《Annual Review of Genetics》 42: 619–645. doi:10.1146/annurev.genet.42.110807.091417. PMID 18983264. 
  3. ↑ Thrush, Simon; Hewitt, Judi; Gibbs, Max; Lundquist, Caralyn; Norkko, Alf (2006). “Functional Role of Large Organisms in Intertidal Communities: Community Effects and Ecosystem Function”. 《Ecosystems》 9 (6): 1029–1040. doi:10.1007/s10021-005-0068-8. 
  4. ↑ Starckx, Senne (31 October 2012) A place in the sun - Algae is the crop of the future, according to researchers in Geel Archived 2017년 11월 7일 - 웨이백 머신 Flanders Today, Retrieved 8 December 2012
  5. ↑ “Bioprospecting microalgae as potential sources of "Green Energy"—challenges and perspectives”. 《Applied Biochemistry and Microbiology》 48 (2): 109–125. February 2012. doi:10.1134/S000368381202010X. PMID 22586907. 
  6. ↑ Bonachela, Juan; Raghib, Michael; Levin, Simon (2012년 2월 21일). “Dynamic model of flexible phytoplankton nutrient uptake”. 《PNAS》 108 (51): 20633–20638. doi:10.1073/pnas.1118012108. PMC 3251133. PMID 22143781. 
  7. ↑ Wolfe, Gordon (2000). “The chemical Defense Ecology o Marine Unicelular Plankton: Constraints, Mechanisms, and Impacts”. 《The Biological Bulletin》 198 (2): 225–244. doi:10.2307/1542526. JSTOR 1542526. PMID 10786943. 
  8. ↑ Becker, E. W. (2007년 3월 1일). “Micro-algae as a source of protein”. 《Biotechnology Advances》 25 (2): 207–210. doi:10.1016/j.biotechadv.2006.11.002. PMID 17196357. 
  9. ↑ Grossmann, Lutz; Hinrichs, Jörg; Weiss, Jochen (2020년 9월 24일). “Cultivation and downstream processing of microalgae and cyanobacteria to generate protein-based technofunctional food ingredients”. 《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》 60 (17): 2961–2989. doi:10.1080/10408398.2019.1672137. PMID 31595777. 
  10. ↑ Bertsch, Pascal; Böcker, Lukas; Mathys, Alexander; Fischer, Peter (February 2021). “Proteins from microalgae for the stabilization of fluid interfaces, emulsions, and foams”. 《Trends in Food Science & Technology》 108: 326–342. doi:10.1016/j.tifs.2020.12.014. 
  11. ↑ Hu, Jianjun; Nagarajan, Dillirani; Zhang, Quanguo; Chang, Jo-Shu; Lee, Duu-Jong (January 2018). “Heterotrophic cultivation of microalgae for pigment production: A review”. 《Biotechnology Advances》 36 (1): 54–67. doi:10.1016/j.biotechadv.2017.09.009. PMID 28947090. 
  12. ↑ Leckie, Evelyn (2021년 1월 14일). “Adelaide scientists turn marine microalgae into 'superfoods' to substitute animal proteins”. 《ABC News》. Australian Broadcasting Corporation. 2021년 1월 17일에 확인함. 
  13. ↑ Chisti, Yusuf (2008). “Biodiesel from microalgae beats bioethanol” (PDF). 《Trends in Biotechnology》 26 (3): 126–131. doi:10.1016/j.tibtech.2007.12.002. PMID 18221809. 2022년 5월 13일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2022년 2월 23일에 확인함. 
  14. ↑ Arnaud Muller-Feuga (2000). “The role of microalgae in aquaculture: situation and trends” (PDF). 《Journal of Applied Phycology》 12 (3): 527–534. doi:10.1023/A:1008106304417. 
  15. ↑ Isuru Wijesekara; Ratih Pangestuti; Se-Kwon Kim (2010). “Biological activities and potential health benefits of sulfated polysaccharides derived from marine algae”. 《Carbohydrate Polymers》 84 (1): 14–21. doi:10.1016/j.carbpol.2010.10.062. 
  16. ↑ Upasana Mishra; Sunil Pabbi (2004). “Cyanobacteria: a potential biofertilizer for rice” (PDF). 《Resonance》 9 (6): 6–10. doi:10.1007/BF02839213. 
  17. ↑ Yuvraj; Ambarish Sharan Vidyarthi; Jeeoot Singh (2016). “Enhancement of Chlorella vulgaris cell density: Shake flask and bench-top photobioreactor studies to identify and control limiting factors”. 《Korean Journal of Chemical Engineering》 33 (8): 2396–2405. doi:10.1007/s11814-016-0087-5. 
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