Chlorella vulgaris

Chlorella vulgaris

Chlorella vulgaris je jednobuněčná zelená mikrořasa z oddělení Chlorophyta. Tvoří malé kulovité až vejčité nepohyblivé buňky a pomocí fotosyntézy přeměňuje světelnou energii na energii chemickou.

Druh je významný jako model fotosyntetického mikroorganismu i jako objekt biotechnologického výzkumu. Kultury Chlorelly lze pěstovat ve velkých objemech a zkoumat jejich produkci biomasy, pigmentů, lipidů a dalších látek.

Taxonomie

Doména	Eukaryota
Skupina	Viridiplantae
Kmen	Chlorophyta
Třída	Trebouxiophyceae
Řád	Chlorellales
Čeleď	Chlorellaceae
Rod	Chlorella
Druh	Chlorella vulgaris
NCBI Taxonomy ID	3077
Wikidata	Q309972

Stavba buňky

Buňka Chlorelly je obklopena buněčnou stěnou a obsahuje výrazný chloroplast. Nemá bičíky a v aktivní vegetativní fázi se nepohybuje. Velikost buněk se pohybuje v řádu několika mikrometrů.

Fotosyntetický aparát obsahuje chlorofyl a, chlorofyl b a pomocné pigmenty. Díky nim buňka zachycuje světlo a využívá oxid uhličitý jako zdroj uhlíku.

Fotosyntéza a metabolismus

C. vulgaris je klasickým příkladem fotoautotrofního mikroorganismu. Za vhodných podmínek využívá světlo, oxid uhličitý, vodu a minerální živiny k tvorbě organické hmoty.

Některé kultivační režimy umožňují také mixotrofní růst, kdy mikrořasa současně využívá světlo a určité organické zdroje uhlíku. Konkrétní metabolické možnosti závisejí na kmeni a podmínkách kultivace.

Rozmnožování

Chlorella se běžně rozmnožuje nepohlavně. Uvnitř mateřské buňky vzniká několik dceřiných buněk – autospor. Po dozrání se mateřská stěna rozruší a nové buňky se uvolní.

Tento způsob umožňuje za vhodných podmínek rychlý růst populace. Rychlost ovlivňuje intenzita světla, teplota, dostupnost dusíku, fosforu a dalších živin i koncentrace oxidu uhličitého.

Výskyt

Zástupci rodu Chlorella jsou spojeni především se sladkovodním a vlhkým prostředím. Lze je nalézt ve vodních nádržích, půdě a na vlhkých površích.

V přírodních společenstvech jsou drobné zelené řasy součástí primární produkce a mohou sloužit jako potrava prvokům i drobným bezobratlým.

Historie výzkumu

Chlorella vulgaris byla popsána Martinusem Willemem Beijerinckem v roce 1890. Brzy se stala důležitým experimentálním organismem pro studium fotosyntézy a růstu řas.

Jednoduchá kultivace a rychlý růst přispěly k tomu, že se Chlorella objevovala v experimentech zkoumajících fixaci uhlíku, vliv světla a minerální výživu fotosyntetických buněk.

Biotechnologie

Moderní výzkum se věnuje využití Chlorelly pro produkci biomasy, pigmentů, proteinů a lipidů. Zkoumá se také její použití při zachycování živin z odpadních vod nebo při biologickém využití oxidu uhličitého.

Výsledky získané pro jeden kmen však nelze automaticky přenášet na všechny kultury označované jako C. vulgaris. Růst i chemické složení biomasy silně ovlivňují kultivační podmínky.

Taxonomie a identifikace

Drobné kulovité zelené řasy mohou být morfologicky velmi podobné. Moderní určování proto kombinuje mikroskopii s molekulárními znaky. NCBI řadí C. vulgaris do Viridiplantae, Chlorophyta, Trebouxiophyceae, Chlorellales a Chlorellaceae.

Taxonomická historie rodu Chlorella je složitá a molekulární studie vedly k přehodnocování některých tradičně vymezených druhů a kmenů.

Zajímavosti

Název Chlorella vznikl ze základu odkazujícího na zelenou barvu a zdrobňující přípony – výstižně tedy označuje drobný zelený organismus.

Jednotlivá buňka je mikroskopická, ale při masové kultivaci mohou miliardy buněk vytvořit intenzivně zelenou suspenzi.

Kultivace mikrořas

Chlorellu lze pěstovat v laboratorních baňkách, fotobioreaktorech i větších kultivačních systémech. Růst závisí na intenzitě a spektru světla, teplotě, pH, množství oxidu uhličitého a dostupnosti minerálních živin. Při příliš vysoké hustotě se buňky vzájemně stíní a světlo neproniká do hlubších vrstev kultury.

V biotechnologiích se proto optimalizuje míchání, osvětlení a přísun plynů. Změnou podmínek lze ovlivnit nejen rychlost růstu, ale také zastoupení proteinů, lipidů, pigmentů a zásobních látek v biomase.

Ekologické souvislosti

Mikrořasy jsou významnou součástí vodních potravních sítí. Přeměňují anorganický uhlík na organickou hmotu a uvolňují kyslík, zatímco jejich buňky jsou potravou mnoha prvoků a drobných živočichů. Změny množství živin nebo světelných podmínek proto mohou ovlivnit celou mikrobiální komunitu.

Chlorella se může objevovat i v symbiotických vztazích, i když konkrétní symbionti označovaní jako „chlorely“ nemusí vždy patřit přesně k druhu C. vulgaris. Molekulární identifikace je proto důležitá.

Fotosyntetické pigmenty a barva kultury

Zelenou barvu buněk způsobují především chlorofyly a a b. Vedle nich se v chloroplastu nacházejí karotenoidy, které se podílejí na zachycování světla i ochraně fotosyntetického aparátu. Poměr pigmentů se může měnit podle světelných a nutričních podmínek.

Při masovém růstu vzniká sytě zelená suspenze. Optická hustota kultury se proto používá jako jednoduchý orientační ukazatel množství biomasy, i když přesnější měření vyžaduje počítání buněk, stanovení suché hmotnosti nebo další metody.

Výzkum uhlíkového metabolismu

Chlorella byla využívána v klasických experimentech fotosyntézy, protože kulturu lze vystavit přesně řízenému světlu a koncentracím plynů. Moderní výzkum kombinuje fyziologická měření s genomikou a metabolomikou a sleduje, jak buňka rozděluje fixovaný uhlík mezi růst, zásobní látky a lipidy.

Chlorella jako model jednoduché fotosyntetické buňky

Jednobuněčná stavba umožňuje studovat fotosyntetické a metabolické reakce bez složitého vlivu různých pletiv, jaký se uplatňuje u vyšších rostlin. Celá buňka současně přijímá světlo a živiny a její reakci lze sledovat přímo na úrovni růstu, tvorby pigmentů nebo změn chemického složení.

Proto se Chlorella používá v experimentech propojujících buněčnou biologii, ekologii a biotechnologie. Je zároveň dobrým příkladem toho, že označení „řasa“ nepopisuje jednu jedinou evoluční skupinu, ale mnoho různých fotosyntetických linií.