Výzkumná skupina řasové a mikrobiální biotechnologie

Soběstačnost lidských posádek během dlouhodobých vesmírných misí je jednou z aktuálních výzev kosmického výzkumu. Klíčovým prvkem řešení jsou bioregenerativní systémy podpory života, které využívají fotosyntetické organismy (rostliny, mikroskopické řasy nebo sinice) k recyklaci odpadních látek posádky, produkci kyslíku a potravy a pohlcování oxidu uhličitého, což je základem udržitelného ekosystému vesmírné lodi či stanice. Výzkumná skupina se podílí na přípravě experimentu METRO (MEtabolic gases TRansfer for Optimised algae growth), který bude realizován na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) během mise českého astronauta Aleše Svobody na přelomu let 2027/2028. Cílem experimentu je sledovat přenos plynů mezi kapalnou (kultivační médium s řasami) a plynnou (atmosféra ISS) fází v prostředí beztíže a jejich vliv na růst mikrořas. Získaná data umožní návrh efektivních fotobioreaktorů využitelných během vesmírných misí, které by měly zajišťovat trvalou produkci kyslíku a potravin pomocí recyklace oxidu uhličitého a pomoci k soběstačnosti posádek na palubě kosmických lodí.

Rozvoj nežádoucího vodního květu sinic způsobený eutrofizací povrchových vod je jednou z aktuálních environmentálních výzev. Nejefektivnějším řešením je důkladná analýza podmínek v povodí nádrže, identifikace zdrojů živin a jejich eliminace. Pokud ale již dojde k tomu, že voda v nádrži dosáhne stavu eu- či hypertrofie, existují omezené možnosti, jak situaci řešit. Část z nich je vysoce nákladná a invazivní (bagrování sedimentů), jiné mají pouze dočasný účinek a spočívají v introdukci chemických látek do vody (použití koagulantů či algicidů). Vhodné kmeny některých mikroskopických řas a cyanobakterií mají vlastnosti, které lze s výhodou použít k odčerpání rozpuštěných živin z vody do biomasy a v kombinaci s novým typem plovoucího fotobioreaktoru s polopropustným dnem použitého in situ, by mělo být možno narostlou biomasu (včetně živin) z vody relativně snadno odstranit a použít například jako ekologické hnojivo.

Cyanobakterie Arthrospira maxima je v sušené formě běžně k dostání v maloobchodní síti jako potravinový doplněk pod obchodním označením spirulina. Čerstvá biomasa získaná z fotobioreaktoru je senzoricky výrazně přijatelnější (chuťově i pachově neutrální) než sušená biomasa (zápach a pachuť rybiny). Vzhledem k tomu, že o bezpečnosti a vhodnosti konzumace čerstvé biomasy prakticky neexistují odborné publikace, ani doporučení ohledně skladování, plánujeme provést testování této biomasy z hlediska bezpečnosti a skladovatelnosti, a dále pak porovnat suchou a čerstvou biomasu z hlediska míry degradace zdravotně prospěšných látek (nenasycené mastné kyseliny, vitamíny, antioxidanty). Pokud bude ověřen předpoklad, že čerstvá biomasa Arthrospira maxima je vhodná ke konzumaci a hodnotnější než sušená, umožní to navazující vývoj nových zdraví prospěšných či terapeutických potravinářských produktů.

Hlavní cíl projektu je výzkum biostimulačních účinků mikroskopických řas a jejich metabolických produktů na zemědělské plodiny. Očekáváme zlepšení celkového zdravotního stavu, zvýšení výnosů a odolnosti vůči chorobám a snížení spotřeby vody a konvenčních pesticidů během pěstování. Dílčí cíle: 1) identifikace vhodných kmenů mikrořas se známými biostimulačními účinky a zároveň schůdnou biotechnologickou produkcí biomasy a/​nebo extracelulárních bioaktivních látek 2) formulace a optimalizace preparátu (identifikace vhodné koncentrace a dávky bioaktivní složky, způsobu a časovém schématu aplikace, nastavení vhodných fyzikálně-chemických vlastností a zajištění skladovatelnosti) 3) ověření účinků preparátu prostřednictvím testů in vitro a in vivo na vybraných významných zemědělských plodinách – luskovinách.