واکسن چیست؟

واکسن  در واقع یک فرآورده بیولوژی می باشد که در مقابله  با یک بیماری میکروبی مشخص، سبب ایمنی فعال اکتسابی می شود. در بسیاری موارد واکسن سوسپانسیونی است که از میکروارگانیسمهای کشته و یا ضعیف شده ویروس یا باکتری یا پروتئین های آنتی ژنتیک حاصل شده و از واکسن برای پیشگیری و بهبود و یا درمان بیماری های عفونی تجویز می گردد.

اغلب واکسن ها از طریق عضلانی یا زیر جلدی و داخل جلدی تزریق می شوند(تزریقی) و برخی دیگر از واکسن ها خوراکی هستند مانند فلج اطفال.

برای ایمنی کامل و دائم دربرابر بیماری ها نیاز است چند بار یک واکسن تزریق شود ولی گاه برخی واکسن ها را می توان همراه هم تزریق نمود مانند واکسن سه گانه، دوگانه و MMR.

بنظر شما واکسن ها چطور تولید و طراحی می شوند؟

در این مقاله قرار است سایت ویستاژن به تعدادی از سوالات شما که در مورد طراحی و تولید واکسن پاسخ دهد.

یکی از مهم ترین اهداف ایمنی شناسی پزشکی توسعه واکسن می باشد که اولین بار 200 سال پیش آغاز شد و همچنان سالهای سال است که با استفاده از روش های سنتی در تولید واکسن به کار برده می شود، اما اکنون با پیشرفت های چشگمیری که در زمینه علوم پایه در سطح جهانی شده است مانند پیشرفت در ژنتیک و بیوانفورماتیک که می توان فرصتی برای توسعه و طراحی واکسن های جدید و بهبود یافته فراهم آورد.

طراحی واکسن معکوس اولین بار در تهیه واکسن علیه نایسریا مننژیتیدیس استفاده شد.

در یکی از این روش ها طراحی، ژنوم کامل یک پاتوژن به کمک آنالیزهای کامپیوتری بررسی می شوند تا آنتی ژن هایی که بیشترین احتمال ایمنی زایی را دارند، شناسایی شوند. با استفاده ازاین روش وقتی ژنوم باکتری نایسریا مننژیتیدیس مورد بررسی قرار گرفته می شود، 600 پروتئین سطحی یا ترشحی شناسایی شده و دراین میان 350 پروتئین بیان و خالص سازی می شوند. درواقع وقتی هفت پروتئین شناسایی شده اند قادرند در برابر طیف گستردگی از سویه ها ایجاد ایمنی و مقاومت کنند. از توسعه تکنیک های کامپیوتری که با ویژگی های پیچیده همراه است و دانشمندان به آن مسلط هستند و می توان به عنوان حرکت به سمت زیست فناوری که مبتنی بر کامپیوتر استفاده نمود.

در بسیاری از موارد دانشمندان تکنیک هایی را برای طراحی واکسن های پروتئینی ارائه و آموزش دادند که عبارتند از:

این طراحی که از آموزش ها و مراحل ضروری تولید واکسن های پروتئینی زیر واحدی مولتی اپی توپی می باشد. همچنین این نوع واکسن ها حتما باید از جنس پروتئین باشند و برای کارکرد با این مولکول نکاتی در مورد بیوشیمی اسید آمینه ها و پروتئین ها ارائه می شود تا در نهایت بعد از مباحث تئوری، اقدام به طراحی عملی واکسن در کامپیوتر تا قبل از مراحل آزمایشگاهی باشد.

در برخی دیگر از موادی که از آنها واکسن تولید می کنند مانند جنس مختلف انتروباکترویاسه که نقش مهمی در ایجاد بیماری های گوارشی، از جمله اسهال دارند و همچنین اشریشیا کلی انتروتوکسیژنیک، اشریشیا کلی انتروهموراژیک و شیگلا سه باکتری مهمی هستند که از طریق آب و غذا منتقل می شوند و واکسیناسیون یکی از راهکارهای مناسب در مقابل این باکتری ها و ویروس هاست که دانشمندان با توجه به طراحی واکسن با استفاده و طراحی یک کاندید واکسن نوترکیب که حاوی این سه باکتری باشند را در باکتری E.coli  و ایمنی هومورال بررسی و پدید آوردند.

پرایمرهای اختصاصی برای ترکیب این آنتی ژن ها طراحی گردیده است و خصوصیات آنتی ژن کایمر، که از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی، ساختار دوم و سوم و اپی توپ های سلول B و T  و از طریق تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی مشخص می گردد و پس از ترکیب این ژن هاف وکتورهای نوترکیب که حاصل شدند به سلولهای مستعد منتقل خواهند شد. در نهایت  پروتئین کایمر در باکتری بیان می شود و پروتئین تولید شده تلخیص می گردد و پس از این مرحله که طراحی گذشته شده و به مرحله انجام و عمل به حیوانات رسیده شده است، حیوانات با باکتری زنده E.coli مورد بررسی قرار می گیرند.

تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی طراحی واکسن به صورتی بررسی می شود که آنتی ژن کایمر دارای خواص فیزیکی و شیمیایی مناسبی باشد تا بتواند به خوبی در میزبان های مختلف بیان شود ودر نهایت بتواند این آنتی ژن در اختیار سلولهای اپی توپ قرار بگیرند.

مثالی دیگری که می توان زد برای طراحی واکسن در خصوص بافت توموری می باشد که بدون فرآیند آنژیوژنز نمی تواند بیش از 2 میلی متر مکعب در بدن رشد کند که با استفاده از طراحی بیوانفورماتیک تولید واکسن پپتیدی انسانی و ارزیابی آنتی بادی پلی کلونال این امکان فراهم شده است که می تواند نقش حیاتی در فرآیند طراحی واکسن و همچنین یکی از راهبردهای ایمنی درمانی در برابر سرطان به کار برده می شود.

برای طراحی این واکسن که با استفاده از توالی پپتیدی ایزوفرم ها از پایگاه های داده ی پروتئینی، انتخاب و با نرم افزارهای رایج هم راستاسازی می کنند. اپی توپ های تحریک کننده ی پاسخ ایمنی شناسایی و از نظر عدم همپوشانی با بقیه پروتئین های بدن مورد بررسی قرار می گیرند. توالی پپتیدی 41 اسید آمینه ای انتخابی از نظر بیوانفورماتیک هیچ گونه هم پوشانی با سایر پروتئین ها ندارد و از لحاظ نظری، آنتی ژنتسیته ی کافی و توانایی تحریک پاسخ ایمنولوژیک که ضد توموری را خواهد داشت. برای طراحی واکسن که می توان از روش ELISIA  هم استفاه کرد که از کاربرد الکتروفورز پپتید کونژوگه با BSA  ، را نشان می دهد که کونژگاسیون به طور موثرتری انجام می شود و مراحل بهینه سازی آزمون  ELISIA را اثبات می کند که درصورت پوشاندن پلیت های ELISIA با کونژوگه که از قبل هم گفته شد، نتایج حاصل تکرار پذیره بهتری نسبت به پوشاندن پلیت با پپتید خالص به دست می آید و به همین منظور نتایج به کارآمدی پپتید کونژوگه از جهت ایمن سازی و تولید آنتی بادی پلی کلونال در این امر بسیار موثر است و به همین دلیل که تیتر آنتی بادی تولید شده بر ضد آنتی ژن بالا می باشد، این پپتید می تواند به عنوان تحریک کننده سیستم ایمنی در مدل حیوانی و در تولید و طراحی چنین واکسن هایی بوجود بیاید.

گردآورنده: سرکار خانم پریناز زارع

سایت ویستاژن در این مطلب به معرفی اختلال اوتیسم پرداخته است.

اوتیسم چیست؟

اوتیسم، یا اختلال طیف اوتیسم (ASD)، به طیف وسیعی از شرایط اشاره دارد که با چالش هایی با مهارت های اجتماعی، رفتارهای تکراری، گفتار و ارتباط غیر کلامی مشخص می شود.

ما می دانیم که یک اوتیسم وجود ندارد بلکه زیرگروه های زیادی وجود دارد که بیشتر تحت تأثیر ترکیبی از عوامل ژنتیکی و محیطی قرار دارد. از آنجا که اوتیسم نوعی اختلال طیف است، هر فرد مبتلا به اوتیسم دارای مجموعه ای از نقاط قوت و چالش است. راه هایی که افراد مبتلا به اوتیسم یاد می گیرند، فکر می کنند و حل مسئله می توانند از مهارت های بسیار ماهر گرفته تا به شدت به چالش کشیده شود. برخی از مبتلایان به ASD ممکن است در زندگی روزمره به حمایت قابل توجهی نیاز داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است نیاز به حمایت کمتری داشته باشند و در برخی موارد مشاغل زنده.

عوامل متعددی ممکن است بر رشد اوتیسم تأثیر بگذارد، و اغلب با حساسیت های حسی و موضوعات پزشکی مانند اختلالات دستگاه گوارش (GI)، تشنج یا اختلالات خواب و همچنین چالش های سلامت روان مانند اضطراب، افسردگی و مشکلات توجه همراه است.
علائم اوتیسم معمولاً در سن 2 یا 3 سالگی ظاهر می شود. برخی تأخیرهای مرتبط با پیشرفت ممکن است حتی زودتر ظاهر شوند و اغلب اوایل 18 ماهگی نیز قابل تشخیص است. تحقیقات نشان می دهد که مداخله اولیه منجر به مثبت می شود.

در سال 2013، انجمن روانپزشکی آمریکا چهار تشخیص بیماری اوتیسم را در یک تشخیص چتر اختلال طیف اوتیسم (ASD) ادغام کرد. آنها شامل اختلال اوتیسم، اختلال متلاشی کننده کودک، اختلال رشد فراگیر که در غیر این صورت مشخص نشده است (PDD NOS) و سندرم آسپرگر بودند.

اوتیسم یک بیماری نیست بلکه یک اختلال رشد در فعالیت  مغز است. افراد مبتلا به این اختلال سه نوع علامت را از خود نشان می دهند: روابط اجتماعی ضعیف، مشکلاتی در ارتباط کلامی و غیرکلامی، و نیز علایق و فعالیتهای محدود. این علائم در سه سال اول زندگی بروز می کند و به نظر می رسد که در سرتاسر زندگی ادامه پیدا می کند. اگرچه داروی خاصی برای درمان اوتیسم وجود ندارد، ولیکن شروع زودتر آموزش، ضروری است چرا که ممکن است موجب بهبودی رشد اجتماعی و کاهش رفتارهای نامطلوب گردد. و احتمال دارد افراد اوتیسم بتوانند زندگی نرمالی داشته باشند.

علت اصلی این اختلال هنوز ناشناخته است. این اختلال در پسران شایع تر از دختران است. وضعیت اقتصادی ، اجتماعی ، سبک زندگی و سطح تحصیلات والدین نقشی در بروز اوتیسم ندارد.

این اختلال رشد طبیعی مغز را دچارمخط می کند. این بیماران در حیطه ی تعاملات اجتماعی و مهارت های ارتباطی تأثیر می گذارد. کودکان و بزرگسالان مبتلا به اوتیسم در ارتباطات کلامی و غیر کلامی ، تعاملات اجتماعی و فعالیت های مربوط به بازی، مشکل دارند. این اختلال ارتباط با دیگران و دنیای خارج را برای آنان دشوار می سازد . در بعضی موارد رفتارهای خود آزارانه و پرخاشگری نیز دیده می شود. در این افراد حرکات تکراری ( دست زدن ، پریدن ) پاسخ های غیر معمول به افراد ، دلبستگی به اشیا و یا مقاومت در مقابل تغییر نیز دیده می شود و ممکن است در حواس پنجگانه نیز حساسیت های غیر معمول نشان دهند. اصلی ترین عامل برای این اختلال، اختلال در ارتباط است.

50 % از کودکان مبتلا قادر نیستند از زبان به عنوان وسیله اصلی برقراری ارتباط با سایرین استفاده نمایند. عدم به کار بردن ضمیر “من” از ویژگی های کلامی این کودکان است. از مسائل دیگر تکلمی، تکرار کلمات و جملات اطرافیان است.

علائم اوتیسم

یکی از مهمترین کارهایی که شما به عنوان والدین یا سرپرستان می توانید انجام دهید این است که علائم اولیه اوتیسم را یاد بگیرید و با نقاط عطف رشدی معمولی که فرزند شما باید به آن برسد آشنا شوید.

سن تشخیص اوتیسم و ​​شدت علائم اولیه اوتیسم بسیار متفاوت است. برخی از نوزادان در ماه های اول نکات خود را نشان می دهند. در برخی دیگر، رفتارها تا اواخر سن 2 یا 3 سالگی آشکار می شود.
همه کودکان مبتلا به اوتیسم همه علائم را نشان نمی دهند. بسیاری از کودکانی که مبتلا به اوتیسم نیستند، تعداد کمی از آنها را نشان می دهند. به همین دلیل ارزیابی حرفه ای بسیار مهم است.

موارد زیر ممکن است نشان دهد کودک شما در معرض اختلال طیف اوتیسم قرار دارد. اگر فرزند شما هر یک از موارد زیر را به نمایش گذاشت، بلافاصله از پزشک متخصص اطفال یا پزشک خانواده خود برای ارزیابی استفاده کنید:

تا 6 ماه

لبخندهای بزرگی اندک نیست و یا سایر عبارات گرم، شاد و جذاب

تماس چشمی محدود یا بدون تماس

تا 9 ماه

به اشتراک گذاشتن صداها، لبخندها یا دیگر بیان های چهره، به اشتراک گذاشتن کم و بیش یا نه

تا 12 ماه

کوچک یا اصلاً دوست داشتن
حرکات کوچک یا بدون پشت مانند اشاره کردن، نشان دادن، رسیدن یا موج زدن پاسخ نامگذاری کمی یا ناچیز است.

تا 16 ماه

خیلی کم حرف یا کم حرف

تا 24 ماه

دو کلمه بسیار معنا یا معنادار، دو کلمه (بدون تقلید یا تکرار)

در هر سنی

از دست دادن گفتار، بچگی یا مهارتهای اجتماعی قبلاً به دست آمده
جلوگیری از تماس چشمی
ترجیح مداوم برای تنهایی
دشواری درک احساسات دیگران
تأخیر در توسعه زبان
تکرار مداوم کلمات یا اصطلاحات (اکولالیا)
مقاومت در برابر تغییرات جزئی در روال یا محیط اطراف
منافع محدود
رفتارهای تکراری (کف زدن، تکان دادن، چرخش و غیره)
واکنش غیرمعمول و شدید در برابر صداها، بوها، سلیقه ها، بافت ها، چراغ ها و / یا رنگ ها
علائم بیماری اوتیسم در بزرگسالان و نوجوانان:
آیا شما گمان می کنید که احساسات و رفتارهای شما درگیر اوتیسم است؟ بسیاری از افرادی که اشکال کمتری از اوتیسم دارند تا بزرگسالی تشخیص داده نمی شوند.

شیوع اوتیسم

در سال 2020، CDC گزارش داد که براساس اطلاعات سال 2016، از هر 54 کودک در آمریکا 1 نفر مبتلا به اختلال طیف اوتیسم (ASD) تشخیص داده شده اند.
1 از 34 پسر با اوتیسم شناسایی شدند
1 از 144 دختر مبتلا به اوتیسم
پسران چهار برابر بیشتر از دختران مبتلا به اوتیسم هستند.
اکثر کودکان پس از 4 سالگی هنوز در حال تشخیص بودند، اما اوتیسم را می توان با اطمینان از 2 سالگی تشخیص داد.
31٪ از کودکان مبتلا به ASD دارای ناتوانی ذهنی هستند (ضریب هوشی [IQ] \u003c70)

چه عواملی باعث اوتیسم می شود؟

تحقیقات نشان می دهد که ژنتیک در اکثر موارد درگیر است.
کودکانی که از والدین بزرگتر متولد می شوند در معرض خطر ابتلا به اوتیسم هستند.
والدینی که فرزند ASD دارند، 2 تا 18 درصد شانس داشتن فرزند دوم را نیز دارند که تحت تأثیر قرار می گیرند.
مطالعات نشان داده است که در بین دوقلوهای یکسان، اگر یک کودک مبتلا به اوتیسم باشد، دیگری در حدود 36 تا 95 درصد از زمان مبتلا می شود. در دوقلوهای غیر همسان، اگر یک کودک مبتلا به اوتیسم باشد، دیگر فرزند درگیر آن می شود.

آیا اوتیسم با ژنتیک ارتباط دارد؟

بله. اوتیسم یک بیماری کاملا ژنتیکی است و در عین حال می‌تواند به دلایل ژنتیکی-محیطی نیز ایجاد شود. باید در نظر داشت که عوامل محیطی به تنهایی عامل ایجاد این اختلال نیستند. افزایش سن پدر، استفاده از برخی داروها در دوران بارداری و برخی عفونت‌ها از عواملی هستند که می‌تواند در ایجاد اوتیسم تاثیرگذار باشند.

برای فرزندم تست ژنتیک انجام دادم، اما مشکلی نداشت، پس علت چیست؟

این جمله کاملا اشتباه است. اگر جواب آزمایش ژنتیک منفی بوده‌ است، به این معنی نیست که مشکل ژنتیکی وجود ندارد؛ بلکه می‌تواند به این معنی باشد که آزمایش نتوانسته ‌است عامل ژنتیکی را پیدا کند.  تست ژنتیکی که در ایران انجام می‌شود، کاریوتایپ است. این تست می‌تواند تنها پنج درصد از عوامل ژنتیکی اوتیسم را شناسایی کند.

من یک فرزند مبتلا به طیف اوتیسم دارم، آیا امکان دارد  فرزند بعدی نیز مبتلا به اوتیسم باشد؟

عامل ایجاد اوتیسم هم می‌تواند وراثتی باشد و هم به دلیل جهش ژنتیکی در خود کودک ایجاد شود.اگر وراثتی باشد یعنی پدر یا مادر نقص ژن را داشته‌اند اما خودشان مبتلا به این اختلال نیستند. حالت غیر وراثتی از موارد وراثتی بیشتر است، یعنی احتمال این که کودک بعدی این اختلال را داشته باشد کمتر است. با این حال باید بدانیم که در ایران به دلیل آمار بالای ازدواج فامیلی، این احتمال افزایش پیدا می‌کند. تنها پاسخی که می‌توان داد این است که ازدواج فامیلی و وجود چند فرد با اختلال طیف اوتیسم در خانواده این احتمال را افزایش می‌دهد. اگر در خانواده کودکی مبتلا به اوتیسم باشد، این احتمال تا ۲۰ درصد افزایش پیدا می‌کند. در خانواده هایی با کودکان دوقلوی همسان ۸۰ تا ۹۵ درصد و در خانواده‌هایی با دوقلوی غیر همسان ۳۶ درصد احتمال دارد هر دو کودک مبتلا باشند.

آِیا برای اوتیسم از نظر ژنتیکی، درمانی وجود دارد؟

محققان کشورهای پیشرفته به نتایج جالبی در زمینه ژن درمانی اوتیسم رسیده‌اند، اما تمام این تحقیقات فعلا در مرحله آزمایشگاهی است و رسیدن به فاز انسانی نیاز به زمان بیشتری دارد.

گردآورنده: جناب آقای محمد صادق سلمانیان نژاد

سایت ویستاژن در این مقاله به توضیح سلول های بنیادی و انواع و کاربردهای آنها پرداخته است.

سلول بنیادی چیست؟

هر سلول در بدن انسان به صورت هدفمند و با برنامه فعالیت های خود را به صورت تخصصی انجام می دهد، اما گروهی از سلول ها که سلول های بنیادی نام دارند، نقش و فعالیت ویژه ای در بدن ندارند و می توانند به هر نوع سلول تخصصی که بدن به آن نیاز دارد، تبدیل شوند. در واقع سلول های بنیادی سلول های تمایز نیافته ای هستند که می توانند با توجه به نیاز بدن به سلول های تخصصی تبدیل شوند. دانشمندان و پزشکان به مطالعات سلول های بنیادی علاقه دارند زیرا با مطالعه سلول های بنیادی می توانند به چگونگی عملکرد بدن و فعالیت های صحیح و اشتباه آن پی ببرند.

بدن انسان از انواع متفاوتی از سلول ها ساخته شده است. بسیاری از سلول ها تخصصی هستند و عملکردهای ویژه ای را انجام می دهند، مانند گلبول های قرمز که اکسیژن را در جریان گردش خون به سراسر بدن منتقل کرده و دی اکسید کربن از سلو ل ها دریافت می کنند. این در حالی است که به عنوان

مثال، گلبول های قرمز قادر به تقسیم نیستند.

سلول های بنیادی همزمان با رشد ارگانیسم سلول های جدیدی را برای بدن فراهم می کنند و آن ها را

جایگزین سلول های تخصص یافته آسیب دیده یا از دست رفته می کنند. سلول های بنیادی دو ویژگی منحصر به فرد دارند که آن ها قادر می سازد تا این کار را انجام دهند:

_این سلول ها توانایی تقسیم های متوالی را برای تولید سلول های جدید دارند.

_همزمان که این سلول ها تقسیم می شوند، می توانند به انواع سلول های مختلف و تخصصی تمایز پیدا

کنند.

سلول های بنیادی بالغ

بدن هر فرد در طول زندگی خود دارای سلول های بنیادی مشخصی است. بدن می تواند از این سلول ها در هنگام نیاز استفاده کند. به این گروه از سلول ها، سلول های بافت اختصاصی یا سلول های بنیادی بالغ سوماتیک می گویند که از دوران جنینی در بدن وجود دارند.

سلول های بنیادی در انواع مختلف بافت های بدن وجود دارند. تاکنون وجود این سلول ها در بسیاری از

بافت ها بدن توسط دانشمندان مورد تایید قرار گرفته است که این بافت ها شامل موارد زیر هستند:

مغز

مغز استخوان

خون و رگ های خونی

عضلات اسکلتی

پوست

کبد

با این حال، یافتن سلول های بنیادی دشوار است. آن ها می توانند سال ها بدون تقسیم و غیراختصاصی

باقی بمانند تا زمانی که بدن آن ها را برای ترمیم یا رشد بافت جدید مورد استفاده قرار دهد. سلول های بنیادی بالغ می توانند به طور نامحدود تقسیم یا سلول های جدید از نوع خود را تولید کنند. این بدان معنی است که آن ها می توانند انواع مختلف سلول را برای یک اندام تولید کنند و یا حتی اندام اصلی را به طور کامل بازسازی کنند.

این تقسیم و بازسازی در واقع به همان صورتی بازسازی می شود که یک زخم پوستی بهبود می یابد یا یک ارگان مانند کبد می تواند بعد از آسیب خود را مورد ترمیم قرار دهد. در گذشته دانشمندان معتقد بودند سلول های بنیادی بالغ فقط می توانند براساس بافت منشا خود تمایز پیدا کنند. با این حال، برخی از شواهد نشان می دهند که آن ها می توانند برای تبدیل شدن به سلول های دیگر نیز متمایز شوند.

سلول های بنیادی جنینی

این گروه از یاخته ها از بافت همبند یا استرومائی که اندام های بدن و سایر بافت ها را احاطه کرده است، به وجود می آیند.

تاکنون دانشمندان از سلول های مزانشیمی بنیادی برای ایجاد بافت های جدید بدن مانند استخوان، غضروف و سلول های چربی استفاده کرده اند. آن ها ممکن است روزی در حل طیف گسترده ای از اختلالات و ناهنجاری های بدن مورد استفاده قرار بگیرند.

سلول های بنیادی مزانشیمی

این گروه از یاخته ها از بافت همبند یا استرومائی که اندام های بدن و سایر بافت ها را احاطه کرده است، به وجود می آیند. تاکنون دانشمندان از سلول های مزانشیمی بنیادی برای ایجاد بافت های جدید بدن مانند استخوان، غضروف و سلول های چربی استفاده کرده اند. آن ها ممکن است روزی در حل طیف گسترده ای از اختلالات و ناهنجاری های بدن مورد استفاده قرار بگیرند.

سلول پرتوان بنیادی بالغ

دانشمندان با استفاده از سلول های پوستی و سایر سلول های بافت خاص، این یاخته های پرتوان را در

آزمایشگاه ها ایجاد می کنند. این سلول ها با روشی مشابه سلول های بنیادی جنینی رفتار می کنند، بنابراین می توانند برای ایجاد طیف وسیعی از روش های درمانی مفید باشند. با این حال، برای استفاده گسترده از این نوع از سلول ها تحقیقات و بررسی های بیشتری لازم است.

کاربرد سلول های بنیادی

 

۱.بازسازی بافت

بازسازی بافت احتمالاً مهم ترین استفاده از سلول های بنیادی است. تا به امروز، فردی که به کلیه جدید

احتیاج دارد، مجبور است منتظر یک اهدا کننده شود و سپس تحت عمل پیوند قرار گیرد. با توجه به این که همیشه کمبود عضو برای اهدا به بیماران نیازمندان پیوند عضو وجود دارد، با برنامه ریزی سلول های بنیادی برای تمایز به روش مشخص، دانشمندان می توانند از آن ها برای رشد اندام خاص یا بافت اختصاصی استفاده کنند.

۲.درمان بیماری های قلبی عروقی

گزارش دادند که PNAS در سال 2013 ، تیمی از محققان بیمارستان عمومی ماساچوست در مجله علمی

آن ها با استفاده از سلول های بنیادی انسانی رگ های خونی را در موش های آزمایشگاهی ایجاد کرده اند.

در این آزمایش طی 2 هفته پس از کاشت سلول های بنیادی، شبکه هایی از عروق خونی تشکیل شده

بودند. کیفیت این رگ های خونی جدید کاملا مشابه رگ های خونی طبیعی مجاور آن ها بود.

۳.درمان بیماری مغز

پزشکان ممکن است روزی بتوانند از سلول ها و بافت های جایگزین برای درمان بیماری های مغزی مانند

پارکینسون و آلزایمر استفاده کنند.

به عنوان مثال در بیماری پارکینسون آسیب به سلول های مغزی منجر به حرکات کنترل نشده عضلات می شود. دانشمندان می توانند از سلول های بنیادی برای ترمیم و ساخت مجدد بافت آسیب دیده مغز استفاده کنند. این کار می تواند سلول های تخصصی مغزی که کنترل عضلات را متوقف کرده بودند به حالت اولیه خود برگردانند.

۴.درمان نقص سلولی

دانشمندان امیدوارند که یک روز بتوانند سلول های قلب سالم را در آزمایشگاه بسازند تا بتوانند به افرادی

که بیماری قلبی دارند، پیوند بزنند.

این سلول های جدید می توانند با بازگرداندن بافت سالم به قلب، آسیب های قلبی را ترمیم کنند.

۵.درمان بیماری های خونی

در حال حاضر، پزشکان به صورت یک درمان روتین از سلول های بنیادی خون ساز بالغ برای درمان بیماری های خونی مانند سرطان خون، کم خونی داسی شکل و سایر نقص های ایمنی استفاده می کنند.

سلول های بنیادی خون ساز در خون و مغز استخوان وجود دارند و می توانند انواع سلول های خون از جمله گلبول های قرمز خون که انتقال اکسیژن در بدن را بر عهده دارند و گلبول های سفید خون که در کنار سیستم ایمنی با پاتوژن ها و عوامل بیگانه مبارزه می کنند را تولید کنند.

دانشمندان می توانند با دیدن مراحلِ مختلف تبدیل سلول های بنیادی به بافت ها برای فهمیدن مکانیسم های بدن برای ساخت آنها به طریقی کنترل شده و منظم از سلول های بنیادی استفاده کنند. دانشمندان امیدارند با انجام تحقیقات بیشتر علاوه بر ساخت داروهای شخصی که فقط مختص بدن شما هستند؛ بتوانند عملکردهای بدن شما را هم در هنگام سلامت و هم موقع بیماری بهتر بفهمند.

گردآورنده : جناب آقای حسن مسرور

سایت ویستاژن در این مقاله به  توضیح وجه پنهان بیوتکنولوژی میکروجلبک، پرداخته است.

یک بستر پالایشگاه زیستی هتروتروف به تولید چربی غنی از امگا-3 دست یافت.

 

چکیده

روغن های میکروبی مواد اولیه تجزیه پذیر انرژی زیستی در نظر گرفته شده اند چون در زمین زراعی،آب شیرین،تنوع چشم انداز زیستی طبیعی با محصولات غذایی رقابت نمی کنند.روغن های میکروجلبکی همچنین می توانند در کنار تولید سوخت زیستی مثل تولیدات دارویی،مواد مغذی،آرایشی و بهداشتی و صنایع غذایی.

اسیدهای چرب اشباع نشده (PUFAها) که از میکروجلبک دارای خواص روغنی بدست آمده اند،بیش از دیگر منابع PUFA ها فایده نشان می دهند.در مقایسه با روغن ماهی ها،بی بو هستند و مستقل از موجودی ماهی هستند.میکروجلبک های هتروتروف می توانند از بستر های کم هزینه استفاده کنند.مثل استفاده از ضایعات یا باقی مانده های آلی کربن دار که توان تولید همزمان PUFA ها و چربی های دیگری را دارند که بعدا می توانند به انرژی زیستی تبدیل شوند .این کار برای ترکیب گرما و نیرو(CHP) یا سوخت های زیستی مایع  صورت می گیرد تا سیستم حمل و نقل یکپارچه شوند.این مقاله به بررسی استراتژی های گوناگونی می پرداز که اخیرا برای کشت و فرایند های بیشتر میکروجلبک های هتروتروف برای چربی ها ،با تاکید بر ترکیبات غنی از امگا-3 ،استفاده می شود.همچنین این مقاله،اهمیت یک فرایند به هم پیوسته را برجسته می کند.رویکردی که مبتنی بر استفاده از اجزای کم هزینه مربوط به پالایشگاه زیستی زیست توده میکروجلبک است و با هدف شناسایی بهترین روش پایداری است تا برای کل سیستم یکپارچه اعمال شود.

کلمات کلیدی:میکروجلبک های هتروتروف،بستر کم هزینه،اقتصاد دایره ای،اسید ایکوزاپنتانوئیک اسید(EPA)،دکوهگزانوئیک اسید(DHA)،شاخص های پایداری ،انرژی زیستی،بیودیزل.

1. مقدمه

میکروجلبک طیف گسترده ای از ترکیبات ارزشمند مثل کربوهیدرات ها،پروتئین ها،رنگدانه ها و چربی ها تولی می کند. در حال حاضر ،آن ها بواسطه ظرفیت تولید محصولات با ارزش افزوده بالا قابل فروش از مواد کم ارزش به عنوان مواد اولیه،مشارکت کنندگان بالقوه در ترقی اقتصاد زیستی جهانی در نظر گرفته شده اند.

علاوه بر این میکروجلبک ها می توانند روی بستر های کم هزینه مثل محصولات جانبی یا پساب های صنعتی رشد کنند. و منجر به حذف آلودگی وهمزمان تولید زیست توده با سود تجاری می شوند .از عوامل اصلی دوام این مواد اولیه ،فصلی نبودن ،وابسته نبودن به شرایط آب و هوایی ، بی نیازی از زمین زراعی برای قرار گیری و عملکرد بیوراکتور هاستمیکروجلبک های روغنی بیش از 20 درصد وزن خشک خود را روغن درون سلولی تولید می کنند که می تواند به بیودیزل (سوخت ارگانیک با آلایندگی کم ) تبدیل شود .با این حال بیودیزل به وجود آمده از میکروبها ازجمله میکروجلبک ها، هنوز به لحاظ اقتصادی پایدار نیست زیرا هزینه تولید آن با هزینه تولید سوخت فسیلی قابل مقایسه نیست .یک راه کاهش هزینه ها، استفاده از بستر کم هزینه در محیط کشت میکروب یعنی پساب های صنعتی و خانگی ، محصولات جانبی و پس مانده ها است.رویکرد دیگری نیز بر پایه ی میکروجلبک ها، برای فرایند های زیستی اعمال شده است که بر اساس مفهوم کلی پایشگاه زیستی است .این رویکرد می تواند از محصولات متنوعی که توسط میکروجلبک ها سنتز می شوند، بهره ببرد . به این ترتیب ممکن است روند کلی اقتصاد بسیار بهبود یابد . چون زیست توده ها با ارزش افزوده بالا ، مانند PUFA ها ،کاروتنوئیدها،پروتئین ها و… ممکن است به تقویت تولید سوخت های زیستی جلبکی کمک کند . PUFA ها نقش مهمی در سیالیت غشا ، متابولیسم سلولی حمل و نقل و به عنوان ایکوزانوئید دارند.فواید PUFA امگا-3 ها در سلامت انسان شناخته شده است که باعث جلب توجه صنایع دارویی،مواد مغذی ، آرایشی ، غذایی و خوراک شده است. PUFA امگا-3 ها اجزای مهم سیستم عصبی و مغز هستندو در چندین نوع عملکرد عصبی مثل نورون زایی ، انتقال عصبی و محافظت در برابر صدمات مغذی ناشی از تنش اکسیداتیو نقش مهمی دارند . پیش ماده PUFA امگا-3 ها ،آلفا لینوئیک اسید (18:3ω3) است که می تواند به ایکوزانوئید اسید(EPA, 20:5 ω5)  ،دوکوزاپنتانوئیک اسید(DPA,22:5 ω3) و دوکوزوهگزانوئیک اسید(DHA,22:6 ω 3) تبدیل شود اما نرخ این تبدیل ها بسیار کم است.در نتیجه PUFA امگا-3 ها باید از طریق رژیم غذایی مصرف شود.به ویژه زنجیره بلند DHA و EPA در درمان بسیاری از بیماری های انسانی مانندسرطان،تصلب شریان،آلزایمر،روماتیسم مفصلی،پسوریازیس نقش دارند.DHA یک جزء اساسی مغز و سیستم اعصاب است.بعلت ایفای نقش بسیار مهم در نمو مغز نوزاد یک اسیدچرب حیاتی بین PUFA امگا-3 ها است.به دنبال گزارش های تحقیقاتی که ادعا می کنند نوزادان تغذیه شده با خوراک فرمولی(شیرمصنوعی) در مقایسه با نوزادان تغذیه شده با شیر مادر،مقدار کمتری از DHA و اسیدآراشیدونیک دارند(ARA,20:4 ω 6)،DHA محبوبیت بیشتری بدست آورده است.این واقعیت توضیح می دهد که افزایش بازار جهانی  DHA مبنی بر میکروجلبک ها،منوط به رشد آگاهی عمومی در مورد مراقبت های بهداشتی و بیماری های مزمن است.این آگاهی منجر به گسترش برنامه ها و مقررات DHA  به نفع استفاده ازمحصول در فرمولاسیون مربوط به نوزادان شده است.منابع اصلی  PUFA امگا-3 ها ،از جمله DHA و tEPA گونه های ماهی های چربی دار مثل شاه ماهی،ماهی اسقومری،ساردین،من هارن وسالمون  آزاد است.با این حال،سهام جهانی در حال کاهش است و نمی تواند یک منبع پایدار برای اسیدهای چرب امگا-3 فراهم کند.از سوی دیگر،کیفیت روغن ماهی ها متنوع است و به گونه ی ماهی،فصل و محل صید بستگی دارد.به علاوه روغن های ماهی بویی نامطبوع بوجود می آورند و ممکن است توسط پلی کلروبین فنیل ها (PCBs) یا فلزات سنگین آلوده شده و آن ها را برای مشارکت داشتن در مواد خوراکی و خوراک،یعنی در فرمولاسیون نوزادان یا استفاده در فرمولاسیون دارویی ،نامناسب کنند.علاوه بر این ،ازآنجا که روغن ماهی دریایی ترکیبی پیچیده از اسیدهای چرب با تنوع در ظول و درجه اشباع است،ممکن است پیش از مصرف،تصفیه گران DHA نیاز باشد.روغن های حاصل از گیاهان اصلاح ژنتیکی شده و یکروارگانیسم ها دو جایگزین بالقوه روغن ماهی هستند(با اینکه مقدار PUFA امگا-3 ها می تواند در دومی بیشتر باشد).اگرچه گیاهان تراریخته فواید زیادی دارند اما تولید آن ها به شرایط فصلی و آب و هوایی و همچنین دسترسی به اراضی کشت بستگی دارد.به علاوه،نگرانی های عمومی در رابطه با کشت محصولات تراریخته در اکوسیستم های باز وجود دارد.به این ترتیب زیست توده میکروجلبک منحصرا برای استخراج و تمیز کردن PUFA  های تکی مناسب است،چون این ماده عاری از کلسترول ،آلودگی (مثل فلزات سنگین،پلی کلروبی فنیل ها و …)است و مزه خوبی دارد.در حال حاضر،کمتر از 2 درصد مصرف DHA و EPA انسان را نشان می دهند.اما سهم آن به دلیل چندین ویژگی اجتماعی از جمله رضایتمندی زیست محیطی ،وجود آلاینده های ناشی از اقیانوس،طبیعت گیاهی آن ،همچنین امکان تولید آن در شرایط پاک و حلال در حال افزایش است.با این حال،روغن های بر پایه میکروجلبک ها در نتیجه ی تخمیر و تجدید حیات در حال حاضر از روغن های ماهی گران تر هستند .بنابراین محصول براساس میکروجلبک روغن های غنی شده از

DHA و epa گرچه با قیمت بالا اما می تواند تقاضای بسیاری برای این مواد مغذی آماده کند. میکرو جلبک های اتوتروف از کربن دی اکسید و نور به عنوان منابع کربن و انرژی استفاده می کنند و بطور میانگین به ازای هر کیلوگرم میکروجلبک خشک 1.83 کیلوگرم کربن دی اکسید را ترسیب می کند. درحالی که میکروجلبک های هتروتروف از کربن آلی به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده می کنند.پیدا کردن منبعی که طی رشد هتروتروف کربن دی اکسید منتشر کند،همچنان چالش برانگیز بوده اما یکی می توان تخمین زد 0.1 تا 4 کیلوگرم کربن دی اکسید به ازای هر کیلوگرم میکروجلبک خشک.

کشت میکروجلبک های اتوتروف به دلیل مصرف co2 و تولید o2 میزان انتشار گازهای گلخانه ای ((GHG را کاهش می دهد و می تواند از آب غیر قابل شرب و زمین غیرقابل کشت استفاده کند که این مزیت ها نسبت به کشت های هتروتروف است.

ارزان ترین سیستم های کشت میکروبی فتوتروف،از جمله جوی آب است.همچنین می تواند در خاک های تخریب شده ساخته شود مثلا در زمین های حاشیه ای و غیرکشاورزی که باعث مراقبت در استفاده از زمین های ارزشمند و مناطق تولید محصول می شود.با این حال کشت های فتوتروف محدودیت های متنوعی را نشان می دهند:1.تامین آب مداوم و تمیز مورد نیاز است 2.ممکن است در کشت،انتشار نوری ضعیف رخ دهد که با ضخامت شدت می یابد ،اگر هنگامی که کشت شدید باشد،باز هم تشدید شود باعث سایه زنی خود و در نتیجه باعث محدودیت در نور برای سلول ها می شود که ناچارا به سمت محصولات زیست توده ای کم هدایت می کند  3.آلودگی آسان ،رقابت،شیوع و شکار توسط ارگانیسم های دیگر ،حفظ خلوص کشت های میکروجلبک. 4.وابستگی به فصل و وضعیت آب و هوا و5.دشواری در برداشتن زیست توده میکروجلبکی به علت غلظت کم .برای غلبه بر این محدودیت ،ممکن است از فتوبیورآکتورها(PBR) استفاده شده که موجب توسعه یافتن کشت های میکروجلبکی در شرایط کنترل شده می شود و امکان حفظ کشت های خالص با هدف تولید محصولات دارویی را ایجاد می کند.با این حال ،این سیستم ها همچنین اشکالاتی مثل سرمایه گذاری اولیه بالا در زیرساخت ها و نیاز به نگهداری مداوم ایجاد می کنند.همچنین هنگام استفاده از محیط های بزرگ کشت،برقرار کردن انتشار نوری موثر در سرتاسر محیط کشت کار دشواری است که اگر زیست لایه ها روی سطوح  PBR ایجاد شده باشند،این دشواری تشدید می شود که ناچارا به شرایط محدودیت نور منجر می شود.علاوه بر این،کشت میکروجلبک های اتوتروف در PBR  قرار گرفته در عرض های جغرافیایی بالاتر،نیازمند سیستم های گرمایشی و زیربناهای گران گلخانه ای برای حفظ بازدهی بالا دارد که باعث افزایش هزینه های فرایند می شود.تخمین زده می شود 33درصد فرایند اتوتروف ،طی حرکت از استوا به 40درجهN  ترمیمی ایجاد می کند.بنابراین میکروجلبک های هتروتروف ممکن است منحصرا برای کشور های قرار گرفته در بالای عرض جغرافیایی مثل کشور های اروپایی ،جالب توجه باشد.به علاوهکشت میکروجلبک های هتروتروف در ظروف تخمیر معمولی تحت شرایط کاملا  آزنیک (فاقد موجودات ریز)و عملکردی انجام می شود ، تا زمانی که بیرون از ظروف انجام می شود نسبت به کشت های اتوتروف،کمتر مستعد ابتلا به آلودگی های میکروبی باشند.

در نتیجه شرایط هتروتروفی می تواند غلظت زیست توده میکرو جلبکس را در مقایسه با شرایط فتوتروفی که منجر به تولیدات زیست توده و چربی های بیشتر شود ،بهبود ببخشد.

علاوه بر این در بیشتر موارد سیستم های کشت هتروتروف،نسبت به کشت اتوتروف،ارزان تر بوده و نگهداری آن ها در مقیاس بزرگ آسان تر است و همچنین امکانات برای ایجاد آن ها ساده تر است.در این مقاله به بررسی رویکردهای مختلفی که اخیرا برای کشف میکروجلبک های هتروتروف به منظور چربی ها،با تاکید بر ترکیبات امگا-3 استفاده می شود،می پردازد.تاکید بر اهمیت یک رویکرد یکپارچه مبتنی بر استفاده از یک پالایشگاه چند محصوله زیستی میکروجلبک که از تمام  اجزای میکروجلبک بطور بهینه استفاده می کند،به منظور دستیابی به یک فرایند پایدار.

2.متابولیسم هتروتروف-جذب کربن و سنتز لیپید

در متابولیسم هتروتروفی ،کربن آلی جذب شده توسط ماکروجلبک به همان شیوه مشابه به باکتری،تجزیه می شود.کربن آلی،برای تولید انرژی توسط میکروجلبک های هتروتروف مصرف می شوند. مولکول های پیچیده مانند نشاسته می توانند از طریق مسیر Embden Mayerhoff Parnas (مسیر EMP یا گلیکولیز) یا مسیر پنتوز فسفات (PPP) متابولیزه شوند و NADH و ATP تولید  کنند. در اولین مسیر ، نشاسته برای اولین بار به گلوکز شکسته می شود که در نهایت فسفریله شده و به مسیر EMP هدایت می شود. محصول نهایی این مسیر ، پیروات ، در سیتوزول تشکیل می شود و از تبدیل گلیسیرالدئید -3-فسفات ، که قبلاً به سیتوزول صادر شده است، حاصل می شود. به طور کلی، ارگانیسم های روغنی وابسته به AMP ایزوسیترات دهیدروژناز، آنزیمی از چرخه TCA هستند که کاتالیزور دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو ایزوسیترات هستند. در شرایط محدود کننده نیتروژن، آدنوزین مونوفسفات (AMP) دامیناز به مونوفسفات اینوزین (IMP) و آمونیاک تبدیل می شود که به سلول های گرسنه ازت ارائه می شود و باعث کاهش سطح AMP می شود. متابولیسم ایزوسیترات در نتیجه انباشت و تعادل آن با سیترات در میتوکندری مسدود شده است(شکل1). مقدار اضافی سیترات از میتوکندری به سیتوزول منتقل می شود. ATP: سیترات لیاز، یک آنزیم کلیدی در سلول زایی، سیترات موجود در سیتوزول را شکسته و در نتیجه ، سنتز استیل CoA برای تولید اسیدهای چرب ایجاد می کند. این مسیر تقریباً در سنتز اسیدهای پالمیتیک(16: 0) یا استئاریک (18: 0) به پایان می رسد. برای سنتز اسیدهای چرب با زنجیره طولانی ، از جمله سنتز  هاPUFA ،افزایش پیاپی طول مورد نیاز است. فقط قارچ ها و جلبک ها توانایی سنتز لیپیدهای حاوی بیش از 20٪ PUFA ها (نسبت وزنی\وزنی به کل اسید های چرب) را دارند، که آنها را برای این هدف جذاب می کند.

شکل1. جذب کربن و سنتز لیپیدها در میکرو جلبک های هتروتروف تحت شرایط محدودیت نیتروژن.

توانایی موجودات زنده یوکاریوتی دارای خواص چربی، در مقایسه با گونه های غیر روغنی ،در تجمع مقدار زیاد لیپیدها ،از نظر بیوسنتز اسید چرب متفاوت نیستند. با این حال  تهیه مداوم استیل-CoA و NADPH،  در شرایط محدودیت مواد مغذی به استثنای شرایط کمبود کربن، برای تولید اسید چرب بواسطه یک امگا-اکسیداسیون معکوس باید تامین باشد.

جلبک های هتروتروف پرورش یافته تحت شرایط هوازی نفس می کشند،که همانطور که در بالا گفته شد با اکسیداسیون کامل گلوکز به کربن دی اکسید از طریق EMP،PPP و چرخه تری کربوکسیلیک اسید(چرخه TCA) اتفاق می افتد و ATP از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو تولید می شود. بنابراین ، کشت جلبک هایی که روی منابع کربن مانند گلوکز رشد می کنند ، برای بدست آوردن بهره وری زیست توده زیاد ، به هوادهی مؤثر محیط کشت ها نیاز دارند ، زیرا اکسیژن برای تنفس لازم است. هنگام استفاده از میکرو جلبک های هتروتروف برای تولید لیپیدها ، به منظور پایداری از نظر اقتصادی و محیط زیستی ، مهم است که گونه های منتخب:1. می تواند در محیط های کشت استریل نسبتاً ارزان رشد کنند،2. توانایی مقاومت در برابر تنشهای هیدرودینامیکی موجود در تخمیرهای معمولی را نشان می دهد،3. سازگاری در محیط زیست سخت و4.شرایط سخت را نشان می دهد،5. توانایی استفاده از انواع منابع کربنی آلی از جمله ضایعات زیست توده لیگنوسلولزی و سایر مواد را نشان می دهد.

3.میکروجلبک های هتروتروفی دارای خواص روغنی برای ترکیبات امگا تلاش می کنند.

جدول شماره 1 نشان دهنده بیشترین تلاش استفاده از میکروجلبک های هتروتروف یا شبه میکروجلبک است که در پیشینه ی تحقیق (پژوهش ها)برای تولید DHAو EPAمعروف است و همچنین بعنوان منابع کربنی کم هزینه که برای تولید ترکیبات ω-3 استفاده شده اند.

در حال حاضر ، بیشترین میکرو جلبک ها برای تولید روغن جلبکی غنی از ω-3 و زیست توده اعضای دریایی از خانواده های Thraustochytriacea و Crythecodiniacea هستند که در اقیانوس ها وجود دارند. Crypthecodinium یک سرده از  خانواده Crypthecodiniaceae است. Thraustochytrids شامل سرده های Aurantiochytrium ، Schizochytrium و Ulkenia است. این هتروتروف ها می توانند مقدار بالای روغن (تا 50-77٪ براساس وزن خشک) را نشان دهند که عمدتا از تری گلیسرول ها (TAG) غنی از DHA تشکیل شده است.

جدول 1 . میکرو جلبک های هتروتروف و شبه میکرو جلبک هایی که ترکیبات امگا-3 و همچنین منابع کربنی را که در فرمولاسیون محیط های کشت استفاده شده اند، تولید می کنند.

4. تأثیر شرایط عملیاتی بر رشد میکروجلبک ها ، لیپیدها و تولید DHA

4.1. ترکیبات حدواسط

منبع کربن گران ترین مؤلفه محیط کشت تخمیر است. در اواخر دهه 1990 و اوایل 2000، بسترهای کربنی منفرد مانند گلوکز ، اتانول ، استات و گلیسرول برای رشد میکرو جلبک های هتروتروف برای ترکیبات امگا3 استفاده شده است.مطالعه رشد دسته ای 30772  C. cohnii در محیط کشت های شامل 25 گرم\لیتر،50گرم\لیتر،75گرم\لیتر گلوکز و نشان داد که حداکثر غلظت زیست توده در بالاترین غلظت گلوکز بدست آمد،ادر حالی که نرخ رشد خاص در غلظت گلوکز بالاتر از 25گرم\لیتر کاهش یافته است. توجه به درنظر گرفتن این اثر مهاری غلظت بالای  گلوکز  بر رشد C. cohnii  هنگام رشد این میکرو جلبک ها در سیستم های دسته های تغذیه شده به منظور جلوگیری از مهار بستر مهم است. با وجود اینکه این منابع کربنی باعث افزایش تولید چربی و DHA می شوند،گران قیمت هستند(قیمت مواد به ازای هر کیلوگرم:گلوکز 16 €،اتانول 1.82€،اسیداستیک 0.45€) و بودن اتانول و اسید استیک برای حمل و نقل خطرناک و دشوار است. سایر اجزای گران قیمت یک محیط کشت معمولی ترکیبات نیتروژن است. منابع نیتروژن معدنی ( مثل ، آمونیاک ، اوره) قابل استفاده هستند ، اما آن ها فاقد مواد معدنی کمیاب و سایر مواد مغذی (یعنی ویتامین ها) هستند که برای رشد میکرو جلبک ضروری بوده و در منابع پیچیده نیتروژن مانند پروتئین های تخریب شده مثل عصاره مخمرو  پپتونهای سویا وجود دارند. با این حال این مواد مغذی گران هستند(قیمت مواد مغذی به ازای هر کیلوگرم:عصاره مخمر 35.4€ و پپتون های سویا 7.25€).افزایش آگاهی عمومی نسبت به لزوم تحقق قوانین اقتصاد دایره ای و همچنین لزوم استفاده از بسترهای کم هزینه به عنوان مواد اولیه برای کاهش هزینه های زیست فرآوری ، باعث جستجو درضایعات\محصولات جانبی\پساب ها شده است تا به عنوان مواد مغذی در فرمولاسیون محیط های کشت برای رشد میکروب ها استفاده شود. در حقیقت، در سال های اخیر، بسترهایی مانند هیدرولیز زباله های مواد غذایی، شربت ذرت خوشه ای شیرین، شربت پالپ خرنوب، هیدرولیز کنجاله کانولا مخلوط شده با شیره خام(0.91€ به ازای هر کیلوگرم)، آب پنیر مخلوط شده با عصاره دم کرده ذرت ، آب هیدرولیز شده سیب زمینی  و عصاره دم کرده  ذرت(0.65 € به ازای هر کیلوگرم) در فرمولاسیون محیط های کشت برای تولید ترکیبات امگا3  از میکرو جلبک های هتروتروف استفاده شده است(جدول1). با این حال ، با وجود حجم  بالای پروتئین ، کربوهیدرات ها و مواد معدنی موجود در این بسترهای پیچیده ، آن ها نمی توانند به طور مستقیم توسط اکثر میکروارگانیسم ها جذب شوند. با این وجود ، این بسترها می توانند ، هنگامی که آن ها تحت مراحل قبل از مداوا قرار می گیرند، برای میکروارگانیسم ها در دسترس باشند تا مواد مغذی مورد نیاز میکروب ها آزاد شود.برای مثال گونگ و … .بکار گیری یک تخمیر در حالت جامد و اتولیز قارچی با استفاده از سویه های قارچی Aspergillus oryzae ، Penicillium oxalicum و Neassospora crassa برای ایجاد هیدرولیز کنجاله  کلزا (RMH) استفاده کرد. سپس ، RMHhc  به عنوان محیط رشد برای رشد میکروجلبک C. cohnii جهت تولید DHA استفاده شد.مندز و… . با افزودن آب مقطر (با نسبت 2به1)به باقی مانده پالپ خرنوب ،یک شربت پالپ خرنوب با مقدار زیادی از حاصل قند های تلخیص به دست آورد.سپس سوسپانسیون بدست آمده فشرده وچلانده شد،مایع شناور بر سطح سانتریفیوژ شد و جزء مایع به منظور پیشبرد هیدرولیز ساکارز برای به دست آوردن گلوکز و فروکتوز ، به pH 2 تبدیل(اسیدی) شد.

4.2. طریقه کشت

از جدول 1 مشاهده می شود که از الگوهای منظم دسته ای و دسته ی تغذیه ای برای تولید میکروجلبک های هتروتروف برای تولید لیپیدها استفاده شده است. فرآیندهای تخمیر روغن جلبک باید ترجیحاً در دو مرحله انجام شود: در اولین مرحله از رشد فعال ، شرایط مواد مغذی زیادی باعث تکثیر سلولی می شود و تولید لیپیدها را کم نگه می دارد زیرا کربن به سمت تقسیم سلولی هدایت می شود. در مرحله دوم ، کمبود مواد مغذی ، اغلب نیتروژن ، همزمان با کربن مداوم عرضه شده در در تخمیر ،رشد و تقسیم سلولی متوقف می شود وانرژی که قبلاً برای سنتز DNA / RNA و دیگر پروتئین ها اندوخته می شد،برای تولید TAG های غنی از DHA تغییر می یابد. حفظ شرایط  کربن مازاد  در محیط آبی نه تنها برای تقویت سنتز چربی، بلکه برای جلوگیری از مصرف درونی از لیپیدهای ذخیره داخلی ضروری است. سایر راهکارهای تحریک لیپیدها بر روی میکرو جلبک های هتروتروف ، مانند افزایش شوری، استفاده شده است. با این حال ، باید توجه داشت که شرایط تنشی که باعث تحریک  سنتز لیپیدهای میکروبی می شوند، معمولاً غلظت زیست توده میکروبی کم را به همراه دارد. علاوه بر این ، گاهی اوقات این شرایط باعث ایجاد آسیب اکسیداتیو PUFA ها می شود و به پراکسیداسیون لیپیدها واکنش ناخواسته ای می دهد که باعث تجزیه این چربی ها می شود و آنها را برای کاربردهای تجاری مناسب نمی کند. بنابراین ، تولید سویه های جدید که همزمان لیپیدهای زیادی تولید می کنند و مقاومت  آنتی اکسیدانی را نشان می دهند ، مد نظر است. تکامل آزمایشگاهی تطبیقی (ALE) توسط سان و… به منظور افزایش تولید DHA Shizochytrium ساخته شد. نویسندگان از دو رویکرد متفاوت برای ALE استفاده کرده اند: درجه حرارت پایین و شوری زیاد برای بهبود مقاومت آنتی اکسیدانی میکروجلبک های دریایی.

4.3.اکسیژن محلول

تولید لیپیدهای میکروبی ، به ویژه ترکیبات امگا 3 ، به میزان زیادی اکسیژن محلول (DO) در محیط کشت براث نیاز دارد ، تا بتواند تشکیل پیوندهای دوتایی در اسیدهای چرب نهایی امگا-3 را افزایش دهد، اما درباره این موضوع اختلاف نظر وجود دارد. . نیاز اکسیژن به گونه‌های میکروجلبک ها بستگی دارد و این ماده مغذی در مرحله اولیه تولید زیست توده نقش اساسی دارد. برای اطمینان از شرایط کافی بودن اکسیژن در کشت های میکروبی ، باید از میزان همزنی کافی و / یا هوادهی کافی استفاده شود ، زیرا این شاخص ها میزان اکسیژن موجود در محیط کشت براث را تعیین می کنند. با این حال ، باید احتیاط کرد زیرا برخی از گونه های میکرو جلبک ، به ویژه  dinoflagellateها، نسبت به تنش برشی حساس هستند ، اگرچه در متون گذشته درباره حساسیت برشی سلول های C. cohnii ، نظرات مختلفی می توان یافت. وانگ و همکاران تحمل مقاومت به تنش برشی گونه های مختلف میکروجلبک ها (هاپتوفیت ها ، جلبک های قرمز ، دیاتوم ها و dinoflagellate) را تجزیه و تحلیل کردند و نتیجه گرفتند که بستر های dinoflagellateها حساس ترین میکروارگانیسم ها هستند. در طول کشت های میکروجلبکی ، مهم ترین شاخص های مسئول تنش برشی ، تلاطم ، اندازه جریان گردابی و گرانروی است که ممکن است بر چندین عملکرد و بخش های  سلول تأثیر بگذارد. در واقع همانطور که قبلاً توسط یونگ و همکارانش  در اثری که  بطور هماهنگ تأثیر تحریک مکانیکی در پیشرفت چرخه سلولی سلول های C. cohnii را مطالعه کرده اند،  نشان داده شد، چرخه سلولی نیز ممکن است توسط تنش برشی مختل شود . نویسندگان دریافتند وقتی سلول ها در 150 دور در دقیقه رشد می کردند ، تعداد زیادی از سلول ها در مرحله G1 متوقف می شدند. با این حال ، با قطع تحریک ، سلول ها به طور معمول چرخه سلولی را از سر می گیرند. از طرف دیگر ، هو و همکاران مشاهده کردند، وقتی سلول های C. cohnii تحت فشار هوا از 0 تا 100 (ml/min) رشد کنند ، هیچ کافتندگی  سلولی رخ نمی دهد،با این حال در بالاتر از     50(ml/min) صدمه به  flagellaو در نتیجه از دست دادن تحرک مشاهده شد. علاوه بر این ، هنگامی که گردش قطع شد ، تحرک بازیابی شد. علاوه بر این ، با استفاده از فلوسیومتری در رابطه با روش رنگ آمیزی پریمیدیوم یدید،در هر دوdinoflagellate هتروتروف C. cohnii و dinoflagellate فتوسنتزی Heteroscapsa triquetra،یونگ و همکارانش اثرات همزن مکانیکی بر پیشرفت چرخه سلولی را مطالعه کرده و مشاهده کردند تحریک مکانیکی باعث مهار چرخه سلولی گذرا در مرحله G1 می شود. اثرات مثبت تحریک بر رشد C. cohnii 30772 و تولید لیپیدها نیز گزارش شده است. د سوواف و همکاران پیشرفت در تراکم نوری C. cohnii  را گزارش کردند و این گزارش توسط قرائت 400٪   آزمایش لرزش بالن است (50 میلی لیتر دربالون 250 میلی لیتر)، هنگامی که سرعت لرزش از 50 به 100 دور در دقیقه افزایش یافته بود و مطالعات میکروسکوپی هیچ گونه اثرات مضر در 100 دور در دقیقه،  در مقایسه با 50 دور در دقیقه، بر فیزیولوژی سلول نشان نداد،صفدار و همکاران.،به موازات اینکه C. cohnii ATCC 30555 از 150 به 450 دور در دقیقه افزایش یافت، افزایش کمی در زیست توده و تولید DHA مشاهده شد. در هر صورت ، هنگام تولید لیپیدهای میکروجلبکی از طریق متابولیسم هتروتروفیک ، نیاز به اکسیژن سلولی به دقت در نظر گرفته می شود ، به ویژه در مرحله رشد فعال میکرو جلبک ها ، که مانع از آسیب دیدگی سلولی می شود ، برای جلوگیری از اختلال در رشد سلولی. در هر صورت ، هنگام تولید لیپیدهای میکروجلبکی از طریق متابولیسم هتروتروفی ، نیاز اکسیژن سلولی ، به ویژه در مرحله رشد فعال میکرو جلبک ها ، باید به دقت در نظر گرفته شود.مطلوب بودن کنترل آسیب سلولی، برای جلوگیری از اختلال در رشد سلول است. Guo و همکاران طراحی بیوراکتور جدیدی را فراهم می کنند که یک منبع اکسیژن زیاد را در ترکیب با یک استراتژی کنترل اکسیژن محلول برای بهبود تولید DHA میکروجلبکی ایجاد می کند.پروانه تیغه غشایی متخلخل استفاده شد و باعث بهبودی هوادهی و افزایش DO که طراحی بیوراکتور جدید را تشکیل می دهد. به گفته نویسندگان ، این بیوراکتور جدید می تواند به طور قابل توجهی غلظت DO را در مقایسه با یک بیوراکتور معمولی افزایش دهد همچنین تکثیر سلولی و تجمع لیپیدها را بدون آسیب سلولی تسهیل می کند.

4.4. pH محیط کشت

pH محیط کشت بر تولید زیست توده میکروجلبکی و DHA تأثیر می گذارد. pH بهینه برای زیست توده و تولید لیپید بستگی به کشش میکروجلبک دارد. طبق گفته های گونگ و همکاران pH بهینه برای رشد C. cohnii ATCC 30556 ، تولید چربی و     DHA 7.2 بود. با این حال ، Safdar و همکاران. pH بهینه 6.5 را برای رشد C. cohnii ATCC 30556 ، تولید چربی و تولید DHA گزارش کردند. با این وجود ، هر دو نویسنده دریافتند که مقادیر pH پایین تر از 5.0 یا بالاتر از 9.0 برای رشد C. cohnii نامطلوب بودند.

به این دلیل است که سیستم های آنتی پورت  k^+/ پروتون و 〖Na〗^+/ پروتون و همچنین تنظیم پمپ های پروتون اولیه سلولی ، وظیفه حفظ pH درون سلول را بر عهده دارند ، که نیازمند پتانسیل الکتریکی در سراسر غشای سلولی است. به این ترتیب ، هنگامی که سلول های C. cohnii با pH  دور از pH مطلوب رشد می کنند ، سلول ها برای حفظ pH درون سلولی فیزیولوژیکی نرمال ، انرژی را مدیریت می کنند ، که منجر به تولید زیست توده و کاهش سرعت رشد ویژه می شود. طبق گفته های وو و همکاران بالاترین تولید زیست توده ، چربی و DHA برای Schizochytrium sp. S31 در نزدیکی pH خنثی (7.0) بدست آمد. در محدوده pH 5.0-7.0 ، گلوکز به طور کامل تحلیل رفته شد اما تولید چربی و DHA درمحیط کشت با pH  کمتر از 7.0 ، با کاهش همراه بود. بالاتر از pH 7.0 ، رشد و تولید چربی رخ نداد. بنابراین ، pH محیط کشت باید تا حد ممکن نزدیک به حد مطلوب مورد نیاز میکرو جلبک های خاص حفظ شود ، در غیر این صورت ارگانیسم مجبور است انرژی که برای رشد و تولید لیپیدها استفاده نخواهد شد را برای شروع ترمیم pHتلف کند.

4.5.دما

دما یک عامل کلیدی برای رشد جلبک و ترکیب بیوشیمیایی زیست توده محسوب می شود.

همچنین می تواند عاملی باشد که در فرایند جهانی مصرف انرژی تأثیر می گذارد. معمولاً دمای بالاتر تخمیر رشد سلول را افزایش می دهد ، در حالی که درجه حرارت پایین تر باعث افزایش اسیدهای چرب اشباع نشده می شود. صفدار و همکاران. رابطه منفی بین مقدار DHA و دمای کشت گزارش کرده اند. مقدار DHA بالاتری در محدوده دمای 15-20 درجه سانتی گراد،که تقریبا 40٪ بیشتر از مقدار موجود در 40درجه سانتی گراد بود، بدست آمد. محتوای چربی همچنین با افزایش دما ،کاهش یافته و در دمای 20 درجه سانتی گراد  به حداکثر خود رسید ، در حالی که حداکثر تولید زیست توده در 25-30 سانتی گراد به دست آمد. این به این دلیل است که در دمای پایین ، میزان نفوذپذیری غشای سلولی کاهش می یابد و به منظور جبران این امر و حفظ ساختار و خصوصیات غشای سلولی ، سلول ها با ارتقاء بیان بیش از حد ژن ها برای دساچیورازها (acyl-CoA   دساچیورازها   ، دساچیورازهای آسیل- ACP ، و دساچیورازها آسیل لیپید) پاسخ می دهند که منجر به اشباع زدایی لیپیدهای غشایی و افزایش تولید اسیدهای چرب اشباع نشده می شود که به حفظ سیالیت غشاء کمک می کند. ژو و همکارانش بیان کردند که Schizochytrium limacinum می تواند در دماهای 16 تا 37 درجه سانتی گراد رشد کند ، در حالی که مطلوبترین محصول تولید DHA در دمای  23 درجه سانتی گراد  بدست آمد. به نظر می رسد ،با صرف نظر از جنس میکرو جلبک ها ، دمای مطلوب برای رشد میکرو جلبک ها با دمای بهینه برای تولید DHA مطابقتی ندارد.

4.6. شوری

اغلب میکرو جلبک های هتروتروف که تولیدکنندگان ترکیبات امگا -3 هستند میکروارگانیسم های دریایی اند. بنابراین ، برای رشد به یک محیط کشت شور نیاز دارند.

شوری با کنترل شیب یون سیتوپلاسمی و فعالیت آنزیم های درگیر در توسعه دیواره سلولی ، رشد میکروارگانیسم های دریایی را تحت تأثیر قرار می دهد. معمولاً برای میکرو جلبک های دریایی ، سطح شوری برای تطابق آنهایی که در دریا وجود دارند، تنظیم می شود. سطح نمک موجود در زیست توده برای تخمیر بهینه بین میکرو جلبکهای مختلف متفاوت است. د سوواف و همکاران حداقل غلظت نمک دریایی gr/L17.8 را برای رشد بهینه   C. cohnii گزارش کرده اند. با این حال، شوری آب دریا برای ظرف های فولادی کشت  که در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند مضر بوده  باعث پوساندن دیواره ها می شود. توسعه یک محیط کشت کم کلرید و استفاده از سویه های سازگار از طریق تکنیک های توسعه بهترین نمونه های سویه ممکن است بر این مشکل غلبه کند. با این وجود ، یک حق ثبت اختراع از استفاده از محیط کم کلرید محافظت می کند ، که استفاده از آن را محدود می کند. توانا رشد میکروارگانیسم ها در محیط کم نمکی ،یک نیاز مهم در میکروارگانیسم های روغنی صنعتی محسوب می شود. در حال حاضر ، 304 رتبه استاندارد فولاد ضد زنگ است که در ساخت بیورآکتورها استفاده می شود ، که می تواند 0.3-0.5 gr/l       نمک تحمل کند. ظروف بیورآکتور ساخته شده با فولاد استاندارد ضد زنگ  مرتبه 316 می توانند تا 1.6 gr/l    نمک   مقاومت کنند اما بسیار گران تر است. با این وجود ، این غلظت نمک برای کشت ارگانیسم های آب دریا مانند C. cohnii خیلی کم است. فولاد ضد زنگ مقاوم در سفارشی یا روکش دار یک راه حل است ، اما به هزینه های سرمایه گذاری بالایی نیاز دارد. با این وجود ، اکثر بیواکتورهای مورد استفاده در Martek Biosciences Corporation از فولاد ضد زنگ با رتبه بالا (انواع 317L ، 2205 یا AL6XN) ساخته شده اند ، همچنین سویه های استفاده شده غلظت کلرید پایین تری را می پسندند. Thustochytrids ، با وجود اینکه موجود دریایی است ، در محیط کم نمک  قابل رشد است. Schizochytrium نسبت به شوری تحمل بالایی دارد و می تواند در طیف گسترده ای از شوری 5-35 ppt رشد کند که یک مزیت مهم برای محصول تجاری است.

4.7.نظارت بر محیط کشت میکروجلبک توسط فلوسایتومتری

بسیاری از گزارش های اخیر تولید  لیپید / DHA از میکرو جلبک های هتروتروف از روش های مرسومی برای نظارت بر رشد ریز جلبک ها در طول کشت ، مانند تراکم نوری ، وزن سلول های خشک و شمارش سلول استفاده می کنند. با این حال ، این روشها هیچ اطلاعاتی در مورد حالات فیزیولوژیکی سلولی ارائه نمی دهند. این اطلاعات زمانی مهم است که سلول ها در شرایط نامساعد و سخت رشد کنند ، مانند محیط کشت هایی که حاوی پساب های صنعتی / ضایعات / پسماندها هستند زیرا همچنین آن ها  حاوی ترکیبات مهاری هستند. در موارد دیگر ، مرحله قبل از فرآوری مواد اولیه لازم برای رهاسازی قندهای مونومر توسط میکروارگانیسم ها نیز ممکن است ترکیبات مهاری را آزاد کند که ممکن است منجر به مرگ سلولی یا آسیب هایی شود که بر متابولیسم آن اثر می گذارد ، که باعث کاهش عملکرد فرآیند می شود. نمونه ای از اثر مهاری بر میکروارگانیسم های ضایعات حاوی ترکیبات سمی توسط سارما و همکاران گزارش شده است.آن ها که اثر ناخالصی های گلیسرول ، یعنی متانول ، سدیم کلسیم و صابون ها را بر باکتری تولید کننده هیدروژن Enterobacter aerogenes مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که صابون ها و متانول اثر مهاری مهمی در تولید میکروبی هیدروژن دارند.FC همراه با رنگ های اختصاصی ،اطلاعات همزمانی در مورد چندین عملکرد سلولی و بخش های آن می دهد. ارائه اطلاعات در مورد پاسخ به تنش سلولی و درک مکانیسم های بقای سلولی که توسط این شرایط ایجاد می شوند ، امکان پذیر است. درک چنین مکانیسم هایی امکان توسعه سویه های میکروجلبک مقاومت تر در برابر این مهار کننده ها و استفاده از راهکارهای کنترل زیست سنجی کارآمدتر بر اساس اطلاعات سایتومتری چند پارامتری  را فراهم می کند. سلول های میکرو جلبک برای تجزیه فلوسیتومتری ایده آل هستند زیرا تک سلولی و بزرگتر از اکثر میکروب ها هستند و به راحتی از پس زمینه و پارازیت متمایز می شوند. لوپز دا سیلوا و همکاران. از FC همراه با یدید پروپیدیوم برای نظارت بر تمامیت غشای سلولی سلول های C. cohnii CCMP 316 در حضور افزایش غلظت n-dodecane ، که به عنوان یک حامل اکسیژن و به منظور بهبود دهنده تولید DHA بود، استفاده کردند. با این وجود ، این روش به ندرت در تولید لیپیدهای میکرو جلبک مورد استفاده قرار گرفته است.

تکنیک های مرسوم برای تعیین کمیت و توصیف لیپیدها در سلول های میکرو جلبک ،متکی به روش های وقت گیر ، نیروی کار و تجهیزات مانند آزمایش طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی (GC-MS) از تجزیه و تحلیل متیل  استرهای اسید چرب (FAME) است. اندازه گیری لیپیدهای سلولی معمولاً از طریق روش های تشخیص گرانشی لیپید انجام می شود. این روش ها بسیار وقت گیر است و معایب متعددی از جمله نیاز به مقادیر زیاد برای حلال های سمی آلی و مقادیر قابل توجه زیست توده برای اندازه گیری چربی را نشان می دهد. نکته مهم این است که روش های گرانشی معمولاً چند روز به طول می انجامند و غالباً نتایج فقط در صورت اتمام فرآیند در دسترس است و تغییر در شرایط کشت در طی فرآیند غیرممکن است. در مقابل ، FC می تواند برخط تولید لیپیدهای میکروبی نظارت کند و نتایج آن چند دقیقه پس از جمع آوری نمونه در دسترس باشد. با این اطلاعات که نزدیک به زمان عملی بدست آمد،امکان تغییر شرایط تکاملی(مثل ضریب کربن و  نیتروژن ،تغذیه و هوادهی و …)در طی تکامل کشت به منظور بهبود تولید لیپید سلولی وجود دارد.  تولید چربی C. cohnii توسط FC با استفاده از فلوروکروم Nile Red اندازه گیری شده است. هنگام نظارت و بررسی فرایند تولید لیپیدهای میکروجلبک ، بررسی حیات سلولها بسیار مهم است. چراکه قسمت زیادی از سلولهای مرده‌ی موجود در هر قسمت فرایند زیستی ، بخاطر کاهش بازده فرایند ،‌مضر خواهد بود.

5. فرایندهای پایین‌تر

5.1. استخراج روغن :

در پایان تخمیر جلبک ، زیست توده باید از محیط آبی جدا شود که معمولا به کمک سانتریفیوژ ،‌فیلترینگ چرخشی خلا و یا فیلترینگ مستقیم انجام میشود. در نهایت ، این ماده‌ی رقیق و فوق‌العاده میتواند برای تولید بیوگازها به منظور جلوگیری از یک مرحله پردازشی عظیم ، مصرف شود. این اتفاق براساس قوانین زیست محیطی محلی ، برای تخلیه‌ی ایمن آنها در سیستم آبی اجرا می شود.

استخراج روغن از توده زیستی میکروجلبک شامل فشرده سازی مکانیکی ، هموژنیزه شدن ، فرزکاری و استخراج حلال است. مرحله‌ی خشک کردن معمولا به منظور ساخت یک زیست توده پایدار و آزاد از آب انجام میشود که میتواند برای زمان طولانی بدون تخریب ، ذخیره شود. برای این مرحله معمولا اسپری یا ظروف  خشک مورد استفاده قرار میگیرند . همچنین باید به TAG های حسگر گرمای درون سلولی هم توجه خاصی شود تا از ورود زیست توده به دماهای بالا جلوگیری شود . چراکه این ترکیبات در دماهای بالاتر ازC  ْ50 تخریب می شوند.

مرحله‌ی بعدی شامل شکستن سلول‌های جلبک برای آزادسازی روغن از سلول‌هاست. روش‌های مختلفی میتواند برای تخریب سلول‌های آلگال استفاده شود ؛ مثل :

• فشار بالا
• هموژنیزه کردن
• کاویتاسیون هیدرودینامیک
• روش های میدانی الکترونیکی آلتراسونیک / ماکرو وِیو / تپشی
• استخراج حلال
• مایعات یونی
• سورفاکتانت
• کف سازی مستقیم
• آنزیم‌های هیدرولیتیک
• روش های آلگالیکی (به دنبال استخراج حلال)

پرمصرف ترین روش ، روش استخراج حلال با حلال های رایج کلروفرم-متانول / هگزان-ایزوپروپانول و یا دیگر مخلوطها که کمی درهم مخلوط هستند. بسته به قطبیت یا حلالیت بخش لیپیدها ، برای استخراج باید از حلال یا مخلوط کافی استفاده شود. با این حال ، باید توجه داشت که لیپیدهای میکروبی که در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرند ، نمی توانند بخاطر جلوگیری از باقی مانده های حلال در مواد غذایی ، با حلال های سمی استخراج شوند .

مقرون به صرفه ترین روش هنوز استخراج با هگزان است ، به ویژه هنگامی که لیپیدهای استخراج شده قرار است در برنامه های خوراکی / مواد غذایی / دارویی / تغذیه ای مورد استفاده قرار گیرند. در این حالت ، لازم است اطمینان حاصل شود که هیچ حلال رسوب‌شده‌ای در روغن باقی نمی ماند.

یک جایگزین دیگر ، استفاده از استخراج مایعات فوق سمی (معمولاً با CO2 فوق سمی) است که معمولاً باقیمانده حلال را در روغن استخراج نشده باقی نمی گذارد .البته این روش نسبت به روش های کلاسیک استخراج حلال ، گران تر است. با این حال ، به دلیل حساسیت بالا به تخریب اسیدهای چرب اشباع نشده با زنجیره طولانی ، فرآیند تولید میکرو جلبک باید با احتیاط انجام شود. حفاظت طبیعی از PUFA های طولانی در داخل بدن ، به دلیل آنتی اکسیدان هایی که در داخل سلول وجود دارند ، پس از پارگی سلول دیگر وجود ندارد.

اگر PUFA ها با رادیکال های اکسید شده واکنش نشان دهند ، یک واکنش زنجیره ای پیچیده شروع می شود و منجر به روغن های سخت و بودار می شود که غیر خوراکی هستند. بنابراین ، تمام موادی که می توانند واکنش اکسیداسیون را تحریک کنند (مثل مس ، فلز آهن) باید از مناطقی که استخراج و ذخیره روغن انجام می شود حذف شود. به همین دلیل ، جلوگیری از لیز سلولی قبل از مرحله خشک کردن نیز مهم است. قبل از مرحله پالایش ، روغن زغال سنگ خام باید معمولاً در محیط نیتروژن خنک نگه داشته شود. زیست توده ضعیفِ بدون روغن ممکن است کاربردهای مختلفی داشته باشد.

5.2. تصفیه ترکیبات ω-3 :

در حال حاضر ، روش هایی مانند زمستانه شدن (مرحله‌ای از فرایند تصفیه روغن که در آن مولکولهای روغن با نقطه ذوب بالا از آن جدا میشوند که این عمل با سرد شدن روغن انجام میگیرد)  ، ترکیب اوره ، تقطیر مولکولی و استخراج مایعات فوق سمی CO2 برای استخراج و تصفیه PUFA های ω-3 PUFA از میکرو جلبک ها ، در مقیاس ویژه استفاده می شود. سرماسازی یا همان زمستانه شدن یکی از ساده ترین روش ها برای غلظت اسیدهای چرب ω-3 است.

این فرایند از اختلافات موجود در نقاط ذوب اسیدهای چرب مختلف به عنوان روغن‌های صاف و یا در سیستم های حلال مختلف استفاده می کند. نقاط ذوب اسیدهای چرب به میزان اشباع آنها بستگی دارد. اسیدهای چرب اشباع شده اکثرا دارای نقاط ذوب بالاتری هستند و از مخلوط‌ها تبلور می یابند و اسیدهای چرب اشباع نشده تر را در خود جای می دهند.

یکی دیگر از روشهای کارآمد ، ساده تر و ارزانتر برای غلظت و تصفیه اسیدهای چرب امگا 3 از منابع طبیعی ، روش ترکیبی اوره است. تشکیل تجمع بین اوره و اسیدهای چرب اشباع شده با زنجیره مستقیم باعث جدایی کارآمد برای شکافی از اسیدهای چرب آزاد یا استرها می شود. در ابتدا ، TAG های روغن با استفاده از هیدرولیز قلیایی با KOH یا NaOH الکلی به اسیدهای چرب تشکیل دهنده آنها هیدرولیز می شوند. اسیدهای چرب آزاد حاصل (FFAs) سپس با یک محلول اتانولی اوره برای تشکیل پیچیده مخلوط می شوند. مولکول های اوره به آسانی ساختار هایی با اسیدهای چرب اشباع و اشباع نشده ایجاد میکنند و به عنوان یک فاز جامد در خنک کننده که توسط تصفیه حذف می شود ، متبلور می شوند. اسیدهای چرب امگا 3 در شکاف مایع باقیمانده اند.

در مرحله تبلور می توان از دمای محیط تا 20 درجه سانتیگراد استفاده کرد. این فرایند سازگار با محیط زیست است . چراکه شامل مواد شیمیایی سازگار با محیط زیست (FFA ها ، اوره ، اتانول ، آب) است که توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده به عنوان ایمن در نظر گرفته شده است (معروف به GRAS). تبلور شکافی با درجه حرارت پایین ، روش های کاتالیز شده با آنزیم و تقطیر مولکولی هر سه می توانند به صورت متوالی قبل یا بعد از روش افزودنی اوره مورد استفاده قرار گیرد ، و در نتیجه شکاف امگا 3 بسیار پالاینده است.

به تازگی یک پروتکل ساده و ارزان برای غلظت DHA و تصفیه آن از زیست توده C. cohnii توسعه یافته است ، که شامل مراحل پی در پی و متیلاسیون متوالی در زیست توده مرطوب است ، و پس از آن زمستان سازی و مجتمع اوره میباشد. بیشترین غلظت شکاف DHA ( 99.2% از کل اسیدهای چرب  ، TFA) برای نسبت اوره/اسیدهای چرب از 3.5 و دمای تبلور 4 و 8 درجه سانتیگراد بدست آمده است. بالاترین پیشرفت DHA ( 49.9%) نیز برای نسبت اوره/اسید چرب0.4 و دمای تبلور 24 درجه سانتیگراد ، که مطابق با 89.4% از DHA TFA ها بود،  مشاهده شد.

یک ترکیب امگا 3 ، این شکاف را از یک دیانوفلاژلای دریایی تغلیظ میکند. این تغلیظ با استفاده از روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا فاز معکوس بدست می آید که در آن ، شیب پاکسازی با استفاده از استونیتریل کلروفرم و تشخیص پراکندگی نور تبخیری صورت میگیرد. شرایط بهینه استخراج 30.0 MPa و 323= K در این شرایط یافت شد . ترکیب DHA به میزان 72٪ فرمول w/w ( وزنی وزنی )  کل اسیدهای چرب (TFAs) بدست آمد. با این حال ، علی رغم مزایای این روش ، استخراج مایعات فوق بحرانی و روش پیچیده اوره هنوز در تصفیه ترکیبات امگا 3 در مقیاس تجاری اعمال نشده است.

شرکت Bioscience Market یک فرآیند بازیابی و تصفیه در مقیاس بزرگ DHA از روغن جلبک تولید شده از Schizochytrium sp و C. cohniiرا توصیف کرده است. از آنزیم پروتئاز برای شکستن Spizochytrium SP به منظور رها کردن روغن در مایع ، دیواره سلولی استفاده می شود. از آنجا که C. cohnii ساختار دیواره سلولی بسیار پیچیده تری دارد و حاوی یک لایه سلول سلولزی است ، استفاده از آنزیم پروتئاز برای شکستن دیواره آن امکان پذیر نیست. معمولا از هگزان برای استخراج روغن میکروجلبک C. cohnii از زیست توده خشک پس از همگن سازی فشار زیاد استفاده می شود. پس از آن ، بقایای سلول خارج شده و روغن توسط تبخیر، بازیابی می شود.

پس از استخراج ، بخش PUFA به دلیل وجود ناخالصی ها ، بو ، طعم و شکل ابری ، هنوز برای مصرف انسان مناسب نیست. یک مرحله پالایش برای از بین بردن فسفولیپیدها ، مواد غیرقابل تصفیه ، مواد ذرات و آلودگی های شیمیایی مانند موارد زیر میتوانند باعث بهبود رنگ و و ضوح و عطر روغن شوند :

• اسیدهای چرب آزاد
• فسفاتیدها (لسیتین)
• رنگدانه ها (کاروتنوئیدها ، کلروفیل)
• اثر مواد مذاب
• استرول ها (کلسترول)
• تک گلیسیریدهای مونوآکیل و دیآکیل
• مومها
• محصولات اکسیداسیون
• آلاینده های کمیاب

 

6. تولید صنعتی و برنامه های کاربردی EPA / DHA

بازار جهانی EPA / DHA از سال 2013 به سرعت در حال رشد است. در این زمان ، این بازار 124 هزار تن و تقریباً 2 میلیارد یورو تخمین زده شده است. پیش بینی می شود تا سال 2020 241 هزار تن با ارزش 4.2 میلیارد یورو باشد. افزایش نفوذ ترکیبات امگا 3 در بازار فعال دارویی Ingredient (API) نیروی محرکه صنعت بوده است که با افزایش

آگاهی در مورد فواید ترکیبات امگا 3 بر سلامت انسان. علاوه بر این ، آیین نامه های اخیر به عنوان یکی از نیروهای محرک برای گسترش دامنه برنامه ها ، از استفاده از محصول در فرمول بندی های نوزادان حمایت می کند.

روغن جلبک از Crypthecodinium cohnii، Schizochytrium sp. و Ulkenia sp. برای غنی سازی غذا و خوراک یا به عنوان مکمل های غذایی با نام های تجاری مختلف در سراسر جهان استفاده می شود. روغن میکرو جلبک همچنین می تواند مستقیماً به عنوان ترکیبات خوراک دام برای تولید تخم مرغ ، مرغ و گوشت خوک غنی شده در DHA استفاده شود. در آبزی پروری از میکرو جلبک ها به عنوان یک محصول تازه یا به عنوان گلوله های خشک استفاده می شود که باعث حفظ محتوای غذایی میکرو جلبک ها می شود. در این حالت ، زیست توده میکروجلبکی ابتدا پس از قرار گرفتن در معرض جریان هوا ، لخته شدن یا رسوب ، فیلتر می شود و سپس خشک شده تا گلوله ها تشکیل شود یا مستقیماً روی دامها تجویز گردد.

اگرچه کاربردهای اصلی روغنهای میکروجلبک ابتدا در تغذیه نوزادان بوده است ، اما در حال حاضر رشد سریع روغنها برای مصرف بزرگسالان در حال انجام است. فرمول های مصرفی در تغذیه نوزادان مهمترین کاربرد نهایی روغن DHA (حدود 49٪ از حجم در سال 2012) ، و پس از آن مکمل های غذایی (28٪) ، مواد غذایی و نوشیدنی (19٪) و خوراک دام (حدود 4٪) هستند.

7. تولیدکنندگان صنعتی EPA/DHA

TheDSMenterprise تولید کننده عمده DHA در سراسر جهان از جلبک ها است. این ماده روغن های جلبک را از میکروارگانیسم های هتروتروفیک Schizochytrium sp ، مانند محصولات  Life’s DHA™ و  Life’s OMEGA™ تولید می کند. روغن جلبک حاوی 50٪ روغن EPA / DHA DHASCO ، برای نوزادان ، توسط محصولات مغذی DSM  تولید می شود ، که از میکرو جلبک Crypthecodinium cohnii استفاده می کند ، و حاوی محتوای DHA 40-45٪ w / w و بدون EPA است. روغن Life’s DHA ( یک روغن جلبک برای صنایع غذایی ، آشامیدنی و مکمل ) نیز توسط DSM تولید می شود و از میکروارگانیسم اسکیزویتریوم حاوی 35٪ یا 40٪ DHA و سطح پایین EPA (کمتر از 2%) حاصل می شود. Life’s OMEGA3، یک محصول تجاری شبیه به روغن ماهی از نظر ترکیب امگا 3 است ، که حاوی حداقل 40٪ از کل DHA و EPA (حداقل 24٪ DHA و 12٪ EPA) و از سویه Schizochytrium توسط DSM تولید می شود.

Lonza ، مانند DSM ، یک ماده سازنده مواد مغذی است و ماده ای از روغن و پودر ، DHAid را برای صنایع غذایی به فروش می رساند که از میکرو جلبکهای هتروتروفیک تولید می شود. DHAid محصولی است که از TAG ها تشکیل شده است (> 95٪) که حاوی کل محتوای DHA 38-50٪ است ، که از Ulkenia SP حاصل می شود.

همانطور که در بالا ذکر شد ، کل زیست توده میکروجلبک در بازار به فروش می رسد. روغنهای تجدید پذیر Solazyme Bunge (روغنهای SB ) میتوانند algaprime DHA ، یک محصول کامل جلبک را برای بازار خوراک آبزی پروری تولید کنند. این مرکز در برزیل مستقر است و از نیشکر برای رشد روغن غنی از DHA تولید میکروجلبک شیزوسیتریوم استفاده می کند. پسماند نیشکر منبع تجدید پذیر انرژی برای تأسیسات است.

8. پلتفرم کارخانه‌ی زیستی هتروتروفیک

امکان به دست آوردن چندین محصول از میکرو جلبک ها (به عنوان مثال روغن ها ، رنگدانه ها ، پروتئین ها و کربوهیدرات ها) منجر به تحقیق و توسعه بیورفینتری های بیولوژیکی مبتنی بر میکرو جلبک ها شده است ، تا بتوانید وسیع ترین محصولات زیستی حاصل از زیست توده میکروجلبکی را به دست آورید و از مزایای آن استفاده کنید.

محصولات مختلفی توسط میکرو جلبک ها سنتز می شوند و حداکثر مقدار حاصل از کل فرآیند را با حداکثر تأثیر محیطی مطلوب به دست می آورند. در مفهوم زیست گیاهی ، هنوز هم به ندرت در زیست توده میکروجلبک هتروتروفیک مورد استفاده قرار می گیرد ، اسیدهای چرب امگا 3 را می توان از چربی های میکروجلبک باقی مانده جدا کرد ، که می تواند برای بیولوژی یا تولید بیودیزل مورد استفاده قرار گیرد.

در ادامه ، چانگ و همکارانش یک نژاد استرالیایی Aurantiochytrium sp ، TC 20 ، را برای تولید بیودیزل و امگا 3 PUFA های با ارزش بالا ، جدا کرد. مشخصات اسیدهای چرب ساده این سویه ، با داشتن هر دو اسیدهای چرب اشباع شده (45-52 w وزنی WWW به عنوان 16: 0) و امگا 3 (39-48٪ وزنی / وزنی TFA به عنوان DHA)است . این مواد به عنوان ترکیبات اصلی ، توان تبدیل بالقوه را دارند و کاندید بسیار خوبی برای تولید PUFA های امگا 3 و بیودیزل هستند. نویسندگان ، هیچ بخشی از این بخشهای لیپیدی را از یکدیگر جدا نکردند ، اما یک مرحله مضاعف زمستانه شدن را برای جداسازی بخش امگا 3 PUFAs از شکاف اسیدهای چرب باقیمانده که می توان برای اهداف بیودیزل استفاده کرد ، پیشنهاد کردند. این روش برای غنی سازی فرآورده های کنسرو ماهی از تولید ترکیبات امگا 3 و بیودیزل استفاده شده است.

صنایع مختلف قادر به استفاده از محصولات مختلف جلبک هستند :

• کل زیست توده میکروبی توسط صنایع غذایی ، خوراک و کشاورزی قابل استفاده است.
• صنایع داروسازی و مواد مغذی از محصولات لیپیدی با ارزش افزوده و ارزش بالا مانند میکروجلبک PUFA و کاروتنوئیدها استفاده می کنند.
• صنعت حمل و نقل می تواند از اسیدهای چرب حاصل از TAG های میکروجلبک برای بیودیزل استفاده کند.
• صنایع شیمیایی می توانند از محصولاتی مانند گلیسرول به دست آمده از صنعت بیودیزل استفاده کنند و بقایای زیست توده روغن‌گیری شده ، سرشار از کربوهیدرات ها ، پروتئین ها و مواد معدنی ، می تواند به عنوان خوراک ، کود و بستر برای تولید بیو متان مورد استفاده قرار گیرد.
• تبدیل حرارتی و شیمیایی این زیست توده صرف شده ممکن است باعث ایجاد سوخت و سایر مواد شیمیایی شود.

 کمترین کاربرد با ارزش زیست توده میکروجلبک‌زدایی شده برای جذب رنگ‌ها و فلزات سنگین از پسماندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. تمام این محصولات ریزگردها ، که در یک فرآورده های زیستی بر اساس اصول زیست فناوری چرخه به دست می آیند و هدف آنها تولید کمترین مانده است ، می توانند با پیشرفت اقتصادی این فرآیند ، ارزش بیشتری به فرایند تولید بیفزایند و ممکن است چهار حوزه مهم از اهمیت در جامعه بشری را شامل شود: بهداشت انسان ، انرژی ، غذا و امنیت محیط زیست.

9. تست پایداری معیار کارخانه زیستی امگا 3

اکثر توصیه های بهداشتی حاکی از مصرف روزانه 250-1000 میلی گرم اسیدهای چرب امگا 3 (EPA و DHA) در بزرگسالان است ، یعنی برای 7 میلیارد نفر ، مصرف سالانه حدود 1.3 میلیون تن از آن الزامسیت. از این اسیدهای چرب امگا 3 برای تغذیه و کاربردهای دارویی معمولاً در روغن ماهی تهیه می شوند.

 همانطور که گفته شد ، صنعت ماهی حتی با بکارگیری ماهی های وحشی و آبزی پروری ، برای برآوردن تقاضای روغن ماهی کافی نخواهد بود و افزایش بیشتر باعث از بین رفتن جمعیت ماهی می شود. میدانیم که ترکیبات امگا 3 به دست آمده از روغنهای میکرو جلبک در حال حاضر گرانتر از روغنهای ماهی است . همچنین یک استراتژی احتمالی برای افزایش رقابت برسر این ترکیبات به دست آمده از میکرو جلبک ها شامل ارزش گذاری تمام کسری زیست توده میکرو جلبک ها ، وجود دارد.

البته هیچ گزارشی درباره رویکردی که در مقیاس تجاری ریز جلبکهای هتروتروفیک اعمال شود ، وجود ندارد. حتی در مقیاس آزمایشگاهی ، هیچ آثاری با توجه به زیست توده های زیست توده میکروجلبکی هتروتروف و ارزیابی پایداری آن وجود ندارد. به عنوان مثال ، یک تحقیق جدید به استفاده از فاضلاب آبزی پروری به عنوان یک بستر مغذی برای کشت میکرو جلبک ها و تولید لیپیدها و پروتئین ها اشاره می کند ، اما فرآیند مقیاس بندی شده و پایداری کارخانه زیستی موردنظر را ارزیابی نکرده است.

شرح مختصری در مورد تولید ترکیبات امگا 3 در دو گیاه زیستی در ادامه ارائه خواهد شد. برای این منظور ، ما فرآیندهای شبیه سازی های موجود را در کارخانه های زیستی واقعی موجود در بازار را درنظر گرفتیم. شاخص های پایداری در نظر گرفته شده هزینه ی موارد زیربود :

• هزینه ابزار
• هزینه تجهیزات
• هزینه سرمایه-CAPEX
• هزینه عملیاتی OPEX
• نیازهای انرژی مستقیم
• حرارتی و برقی
• انتشار CO2eq مشتق شده

سیستم مرجع ، مربوط به تبدیل زباله های ماهی به EPA / DHA است که در یک مفهوم زیستی از یک کارخانه فرآوری قزل آلا واقع در استان Trentino در ایتالیا کشف شده است. این کارخانه زیستی شامل مراحل زیر است :

• استخراج روغن از ضایعات ماهی
• انتقال روغن ماهی با اتانول
• غلظت امگا 3 بر اساس کسری CO2 فوق بحرانی.

 پروتئین ها به عنوان غذای ماهی ، دارای ارزش هستند  در حالی که گلیسرول یک محصول تجاری محسوب می شود و اسیدهای چرب اشباع و اسیدهای چرب اشباع نشده با زنجیره کوتاه به عنوان سوخت زیستی مایع در نظر گرفته می شوند.

جدول2. 9. تست پایداری معیار کارخانه زیستی امگا 3 (DHA و EPA )

شکل 3. تفاوت در روشهای ارزیابی چرخه زندگی محیطی eLCA (a) و روش ارزیابی ارزیابی پایدار چرخه زندگی (ILCSA) (b)

جدول 2 یافته های ما را از منابع بررسی شده خلاصه می کند . مثالهای اینجا مرزهای مختلفی در رابطه با هزینه ها و انتشار CO2eq دارند ، بنابراین مقایسه بین این دو کاملاً متفاوت است. با این وجود ، از این اسناد می توان نتیجه گرفت که میکروجلبک های اتوماتیک نیاز به پیشرفت انرژی و در نتیجه ، هزینه بیشتری دارند (به نظر می رسد تولید میکرو جلبک گرانترین مرحله است یعنی بیش از 50٪ از کل هزینه ها). هر دو مثال نشان داده شده در جدول 2 از عصاره فوق سمی CO2 برای استخراج روغن میکروجلبک استفاده کرده است ، که اگرچه روشی مناسب برای استخراج PUFAs است (همانطور که در بخش 5 به آن اشاره شده است) ، می تواند یک مصرف کننده اصلی انرژی و در نتیجه،  شرکت کننده اصلی CO2eq باشد. در مثالهایی که در جدول 2 نشان داده شده است ، این روش استخراج نیاز به 50 ~ درصد از نیازهای حرارتی و 60 ~ درصد از نیازهای برقی دارد.

شکل 4. مرجع تولید PUFA صنعتی به عنوان ورژن بعدی گزارش شده آن در اروپا

پروژه PUFA CHAIN: جلبکهای هتروتروفیک با زباله های صنعت ماهی با هم پردازش می شوند

10. تنگناها ، چالش ها و دیدگاه های آینده

توسعه فرآیندهای میکرو جلبکهای هتروتروفیک به سمت ترکیبات امگا3 ممکن است یک روش بیوتکنولوژی جایگزین برای تولید محصولات مفید فراهم کند که در غیر این صورت به طور کامل و ناپایدار از دیگر منابع زنده مانند ماهی های چرب دریایی تولید شود ، که همانطور که در بالا ذکر شد اشکالات زیادی را نشان می دهد. با این حال ، چنین رویکردی هنوز چالش ها و موانع بسیاری را ارائه می دهد که باید برای تقویت تولید میکرو جلبکهای هتروتروفیک ترکیبات امگا حل شود. از آنجا که باکتری ها معمولاً سریعتر از میکرو جلبک ها رشد می کنند ، آلودگی های باکتریایی در شرایط میکروجلبک هتروتروفیک بسیار متداول است ، و در یک دوره زمانی کوتاه تبدیل به جمعیت اصلی (غالب) می شود. این امر زیست توده میکروجلبکی را آلوده می کند ، که برای کاربردهای تجاری ناکافی است.

بنابراین ، یک مرحله  گندزدایی قبلی از شرایط و تجهیزات متوسط ​​قبل از تلفیق مورد نیاز است ، که این مرحله خواستار انرژی بالا است و نیاز به تجهیزات گران قیمت مانند اتوکلاوها ، اتاقک های جریان چند لایه و دیگ های بخار دارد که این امر باعث افزایش هزینه های فرایند جهانی بخصوص در مقیاس بزرگ می شود.  این امر به ویژه در صورت استفاده از ضایعات صنعتی ( پساب ) مواد باقیمانده در کشت متوسط ​​که اغلب حاوی بار میکروبی زیاد است ، بسیار مهم است. بنابراین ، برای کاهش این هزینه باید روشهای گندزدایی کم هزینه مانند استفاده از هیپوکلریت سدیم که ممکن است جایگزین روشهای گران قیمت گندزدایی در مقیاس بزرگ شود ، مورد بررسی قرار گیرد.

موضوع مهم دیگر در مورد شرایط میکرو جلبکهای هتروتروفیک مربوط به نیاز به یک اختلاط و هوادهی موثر در رطوبت است تا از محدودیت های انتقال جرم که باعث کاهش عملکرد فرآیند می شوند جلوگیری شود. مخلوط کردن زمان و نرخ هوادهی از بیورآکتورهای آزمایشگاهی به مراکز تولید در مقیاس بزرگ ، بطور چشمگیری افزایش می یابد و بر عملکرد کلی بیوراکتور تأثیر می گذارد. اگر اختلاط ناکارآمدی در مسیر وجود داشته باشد ، ناهمگنی های مکانی در غلظت مواد مغذی از مناطق راکد منشأ می گیرد که منجر به استرس سلولی می شود و این بر بازده کلی فرآیند تأثیر منفی خواهد گذاشت.

این امر به ویژه هنگام استفاده از میکرو جلبک های هوازی در مقیاس بزرگ بسیار حیاتی است ، زیرا میزان اکسیژن آنها زیاد است و اغلب سلولهای میکروبی در شرایط اکسیژن محدود در معرض محیط قرار می گیرند ، اما همیشه این نکته را در نظر داشته باشید که این میکروارگانیسم ها به ویژه در برابر استرس آسیب پذیر هستند. به همین دلیل ، مهندسی ژنتیکی میکروجلبکهای هتروتروفیک می تواند نقش مهمی داشته باشد ، روشی برای توسعه گونه های قوی تر به شرایط استرس زا است. این پیشرفت باید به سمت توسعه بیولوژیکی سویه های قوی تر انجام شود ، و توسعه فن آوری بیورآکتورها قادر به تأمین اکسیژن کافی در زیر هم بزنید ملایم بدون حضور مناطق مرده هستند.

روشهای استخراج و خالص سازی برای PUFA های میکروجلبک عمدتاً در سطح آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال ، ترمیم متابولیت های داخل سلولی در مقیاس بزرگ هنوز هم ضروری است ، زیرا همه روش های اختلال در سلول ، استخراج یا تصفیه مقیاس پذیر نیستند. علاوه بر این ، این روش ها تقاضای انرژی بالایی دارند. با این وجود ، برخی فن آوری ها مانند همگن سازی فشار قوی ، زمستانه شدن و ترکیبات مجاری اوره در مقیاس وسیع قابل دوام هستند ، که نیاز به اثبات دارند. استفاده از کارخانه های زیستی میکرو جلبکهای هتروتروفیک که در آنها میکروجلبک های هتروتروفیک ، رقیق کننده ها را تولید کرده و طیف وسیعی از محصولات زیستی مانند PUFA ها و سوخت های زیستی را تولید می کنند ، مبتنی بر اقتصاد چرخه است. در این کارخانه ها ، اصول  و دستیابی به یک فرایند پایدار زیست محیطی و اقتصادی ضروری است.

در واقع ، استفاده کامل از یک بیولوژی اقتصادی چرخه واقعی در این منطقه در آینده نزدیک ، با بهره گیری از همه بخش های زیست توده میکروگروه هتروتروفیک ، کشف و یکپارچه سازی فن آوری های الکترونیکی جدید برای استخراج ، غلظت ، شکاف ، تبدیل و تصفیه چربی ها از میکرو جلبک ها ، و تأکید بر لزوم بازیافت جریان های جانبی و ضایعات تولید شده در کل فرآیند ، باعث برتری اقتصاد چرخه می شود. از طرف دیگر ، امکان پردازش میکروجلبک های هتروتروفیک و ضایعات ماهی برای تولید ترکیبات امگا 3 می تواند اقتصاد چرخه را رونق بخشد و همچنین باید در مطالعات تحقیقاتی آینده مورد توجه قرار گیرد.

و در نهایت ، آخرین و مهمترین نکته این است که نیاز فوری به تست پایداری زیست پالایش بیولوژیکی میکرو جلبکهای هتروتروفیک وجود دارد. از نظر شاخص های پایداری ، این روش تجزیه و تحلیل پایداری چرخه زندگی (ترکیبی از چرخه زندگی اقتصادی ، زیست محیطی و اجتماعی) با توجه به میکرو جلبکهای هتروتروفیک به تنهایی ، یا با ضایعات ماهی ترکیب می شود زیرا مواد اولیه ترکیبات امگا 3 را به دست می آورند. کمتر از 26 تن (جدول 2) در رابطه با مصرف انرژی می تواند هدف اصلی عملکرد محیط زیست و 400 یورو (tonne PUFA)^-1 برای هزینه های اقتصادی باشد.

مترجمان: سرکار خانم زینب خشنود،سر کار خانم فاطمه علیزاده