Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-6126The Russian Academy of Sciences64816010.31857/S0015330322600486GKCNLDЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleLaboratory System for Intensive Cultivation of Microalgae and CyanobacteriaЛабораторная система для интенсивного культивирования микроводорослей и цианобактерийGabrielyanD. A.ГабриелянД. А.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruSinetovaM. A.СинетоваМ. А.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruGabrielyanA. K.ГабриелянА. К.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruBobrovnikovaL. A.БобровниковаЛ. А.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruBedbenovV. S.БедбеновВ. С.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruStarikovA. Y.СтариковА. Ю.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruZorinaA. A.ЗоринаА. А.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruGabelB. V.ГабельБ. В.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruLosD. A.ЛосьД. А.
Russian Federation
maria.sinetova@mail.ruTimiryazev Institute of Plant Physiology, Russian Academy of SciencesФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева Российской академии наук0103202370220221328012025Copyright ©; 2023, Д.А. Габриелян, М.А. Синетова, А.К. Габриелян, Л.А. Бобровникова, В.С. Бедбенов, А.Ю. Стариков, А.А. Зорина, Б.В. Габель, Д.А. ЛосьCopyright ©; 2023, Д.А. Габриелян, М.А. Синетова, А.К. Габриелян, Л.А. Бобровникова, В.С. Бедбенов, А.Ю. Стариков, А.А. Зорина, Б.В. Габель, Д.А. Лось2023Д.А. Габриелян, М.А. Синетова, А.К. Габриелян, Л.А. Бобровникова, В.С. Бедбенов, А.Ю. Стариков, А.А. Зорина, Б.В. Габель, Д.А. ЛосьД.А. Габриелян, М.А. Синетова, А.К. Габриелян, Л.А. Бобровникова, В.С. Бедбенов, А.Ю. Стариков, А.А. Зорина, Б.В. Габель, Д.А. Лосьhttps://journals.eco-vector.com/0015-3303/article/view/648160

Currently, microalgae and cyanobacteria attract the attention of researchers as potential producers of various valuable substances. To increase the profitability of biotechnological processes using these organisms, it is necessary to select highly effective strains and choose the optimal conditions for their growth and maximum productivity. Growth optimization should be carried out, on the one hand, under intensive conditions, as close as possible to large-scale cultivation, and, on the other hand, in small volumes in order to be able to check many different parameters in parallel at minimal cost. In this paper, the authors present a description and characteristics of their laboratory system for intensive cultivation (LSIC—Laboratory System for Intensive Cultivation) with thermo-, light-, and gas regulation and the possibility of cultivation in four repetitions in eight different conditions, differing in light, temperature, and CO2 concentration. As an example, the results of a number of experiments using the installation are also presented.

В настоящее время микроводоросли и цианобактерии привлекают к себе внимание исследователей как потенциальные продуценты различных ценных веществ. Для увеличения рентабельности биотехнологических процессов с использованием этих организмов необходим отбор высокоэффективных штаммов и выбор оптимальных условий для их роста и максимальной продуктивности. Оптимизация роста должна производиться, с одной стороны, в интенсивных условиях, максимально близких к масштабному культивированию, а с другой стороны – в небольших объемах, чтобы иметь возможность параллельно проверять множество разных параметров с минимальными затратами. В данной работе мы представляем описание и характеристики сконструированной нами лабораторной системы для интенсивного культивирования (LSIC – Laboratory System for Intensive Cultivation) с термо-, свето- и газорегулированием и возможностью культивирования в 4 повторностях в 8 разных условиях, отличающихся по свету, температуре и концентрации CO2. Также в качестве примера представлены результаты ряда экспериментов с использованием установки.

biomassbiotechnologymicroalgaegrowth optimizationLED lightingstrain screeningcyanobacteriaбиомассабиотехнологиямикроводорослиоптимизация ростасветодиодное освещениескрининг штаммовцианобактерииSpolaore P., Joannis-Cassan C., Duran E., Isambert A. Commercial applications of microalgae // J. Biosci. Bioeng. 2006. V. 101. P. 87. https://doi.org/10.1263/jbb.101.87Chisti Y. Raceways-based production of algal crude oil // Green. 2013. V. 3. P. 195. https://doi.org/10.1515/green-2013-0018Hoang A.T., Sirohi R., Pandey A., Nižetić S., Lam S.S., Chen W.-H., Luque R., Thomas S., Arıcı M., Pham V.V. Biofuel production from microalgae: challenges and chances // Phytochem. Rev. 2022. https://doi.org/10.1007/s11101-022-09819-yZorina A.A., Bedbenov V.S., Novikova G.V., Panichkin V.B., Los D.A. Involvement of serine/threonine protein kinases in the cold stress response in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803: Functional characterization of SpkE protein kinase // Mol. Biol. 2014. V. 48(3). P. 390. https://doi.org/10.1134/S0026893314030212Sinetova M.A., Los D.A. Systemic analysis of stress transcriptomics of Synechocystis reveals common stress genes and their universal triggers // Mol. BioSyst. 2016. V. 12. P. 3254. https://doi.org/10.1039/C6MB00551AMironov K.S., Sinetova M.A., Shumskaya M., Los D.A. Universal molecular triggers of stress responses in cyanobacterium Synechocystis // Life. 2019. V. 9. P. 67. https://doi.org/10.3390/life9030067Tsygankov A.A. Laboratory scale photobioreactors. // Appl. Biochem. Microbiol. 2001. V. 37(4). P. 333. https://doi.org/10.1023/A:1010266116747Benner P., Meier L., Pfeffer A., Kruger K., Oropeza Vargas J.E., Weuster-Botz D. Lab-scale photobioreactor systems: principles, applications, and scalability // Bioprocess Biosyst. Eng. 2022. V. 45. P. 791. https://doi.org/10.1007/s00449-022-02711-1Владимирова М.Г., Семененко В.Е. Интенсивная культура одноклеточных водорослей. М.: Академия наук СССР, 1962. 58 с.Абдуллаев А.А., Семененко В.Е. Интенсивная культура Dunaliella salina Teod. и некоторые ее физиологические характеристики // Физиология растений. 1974. Т. 21. P. 1145.Fuchs T., Arnold N.D., Garbe D., Deimel S., Lorenzen J., Masri M., Mehlmer N., Weuster-Botz D., Bruck T.B. A newly designed automatically controlled, sterilizable flat panel photobioreactor for axenic algae culture // Front. Bioeng. Biotechnol. 2021. V. 9. P. 697354. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.697354Sinetova M.A., Sidorov R.A., Starikov A.Y., Voronkov A.S., Medvedeva A.S., Krivova Z.V., Pakholkova M.S., Bachin D.V., Bedbenov V.S., Gabrielyan D.A., Zayadan B.K., Bolatkhan K., Los D.A. Assessment of biotechnological potential of cyanobacteria and microalgae strains from the IPPAS culture collection // Appl. Biochem. Microbiol. 2020. V. 56. P. 36. https://doi.org/10.1134/S0003683820070030Nowicka-Krawczyk P., Mühlsteinová R., Hauer T. Detailed characterization of the Arthrospira type species separating commercially grown taxa into the new genus Limnospira (Cyanobacteria) // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 694. https://doi.org/10.1038/s41598-018-36831-0Furmaniak M.A., Misztak A.E., Franczuk M.D., Wilmotte A., Waleron M., Waleron K.F. Edible cyanobacterial genus Arthrospira: Actual state of the art in cultivation methods, genetics, and application in medicine // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 2541. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02541Fučíková K., Lewis L. Intersection of Chlorella, Muriella and Bracteacoccus: Resurrecting the genus Chromochloris Kol et Chodat (Chlorophyceae, Chlorophyta) // Fottea. 2012. V. 12. P. 83. https://doi.org/10.5507/fot.2012.007Liu J., Sun Z., Gerken H., Liu Z., Jiang Y., Chen F. Chlorella zofingiensis as an alternative microalgal producer of astaxanthin: biology and industrial potential // Mar. Drugs. 2014. V. 12. P. 3487. https://doi.org/10.3390/md12063487Mahajan G., Kamat M. γ-Linolenic acid production from Spirulina platensis // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1995. V. 43. P. 466. https://doi.org/10.1007/bf00218450Golmakani M.T., Rezaei K., Mazidi S., Razavi S.H. γ-Linolenic acid production by Arthrospira platensis using different carbon sources // Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2012. V. 114. P. 306. https://doi.org/10.1002/ejlt.201100264