微細藻類

微細藻類または微細植物は、肉眼では見えない微細な藻類です。これらは、淡水系と海洋系の両方に生息する植物プランクトンであり、水柱と堆積物の両方に生息しています。^{[ 1 ]}これらは単細胞生物であり、単独で、または連鎖状や群体状で存在します。種によって、その大きさは数マイクロメートル（μm）から数百マイクロメートルまで様々です。高等植物とは異なり、微細藻類には根、茎、葉がありません。^{[ 2 ]}これらは、粘性力が支配する環境に特に適応しています。

光合成を行うことができる微細藻類は、地球上の生命にとって重要です。微細藻類は、大気中の酸素の約半分を生成し^{[ 3 ]} 、温室効果ガスである二酸化炭素を利用して光独立栄養的に成長します。「海洋の光合成は微細藻類によって支配されており、微細藻類はシアノバクテリアとともに植物プランクトンと呼ばれています。」^{[ 4 ]}微細藻類は、バクテリアとともに食物網の基盤を形成し、それより上位のすべての栄養段階にエネルギーを提供します。微細藻類のバイオマスは、クロロフィルa濃度で測定されることが多く、潜在的な生産の有用な指標となります。^{[ 5 ] [ 6 ]}微細藻類は、クロロフィルを含むため、成長して生きるために日光を必要とするため、陸上の植物と非常によく似ています。微細藻類は、日光が水に当たる海洋の表層部に浮遊していることがよくあります。微細藻類は、硝酸塩、リン酸塩、硫黄を必要とし、これらを炭水化物、脂肪、タンパク質に変換します。^{[ 7 ]}この変換能力により、健康や栄養面での利点があることが知られています。一部の食品の成分として、また農産物の生物刺激剤として機能することがわかっています。^{[ 8 ]}

微細藻類の生物多様性は膨大であり、ほとんど未開発の資源である。多くの異なる属に約20万～80万種が存在し、そのうち約5万種が記載されていると推定されている。^{[ 9 ]}藻類バイオマス由来の1万5千を超える新規化合物が化学的に同定されている。^{[ 10 ]}例としては、カロテノイド、脂肪酸、酵素、ポリマー、ペプチド、毒素、ステロールなどが挙げられる。^{[ 11 ]}これらの貴重な代謝産物を提供するだけでなく、微細藻類はバイオ燃料の潜在的な原料とみなされており、バイオレメディエーションにおける有望な微生物としても注目されている。^{[ 12 ]}_{微細藻類は、カロテノイド、ペプチド、フェノール類、ビタミンB12}など、多くの異なる生物活性化合物を含む水生生物である。それらの多くは、抗がん作用、降圧作用、抗肥満作用、抗酸化作用、心血管保護作用など、健康に良い効果があることがわかっています。種の多様性やバイオマスと栽培要因の変動により、多くの課題に直面しています。^{[ 13 ]}

微細藻類の例外として、無色のプロトテカ属があり、これは葉緑体を全く持たない。これらの無葉緑体藻類は寄生性となり、ヒトや動物にプロトテカ症という病気を引き起こす。

微細藻類の化学組成は固有の一定因子ではなく、種や培養条件によって大きく変動します。一部の微細藻類は、環境変動に応じて化学組成を変化させることで、環境条件の変化に適応する能力を持っています。特に顕著な例は、リン欠乏環境でリン脂質を非リン膜脂質に置き換える能力です。^{[ 14 ]}温度、光照射、pH、 CO2供給、塩分、栄養素など_の環境因子を変化させることで、微細藻類に目的の産物を大量に蓄積することが可能です。

微細藻類は、捕食対象の選択、防御、回避に寄与する化学信号も生成します。これらの化学信号は、藻類ブルームなどの大規模な栄養構造に影響を与えますが、単純な拡散と層流移流によって伝播します。^{[ 15 ] [ 16 ]}微細藻類などの微細藻類は、特に濾過二枚貝などの多くの養殖種の基本的な餌を構成します。

微細藻類の大部分は食用ではないため、その用途のほとんどは食品やエネルギーとは関係ありません。代わりに、さまざまなバイオ肥料、化粧品、医薬品に使用されています。^{[ 17 ]}微細藻類は、植物の成長と土壌の肥沃度の両方を改善するのに役立つため、貴重なバイオ肥料と見なされています。合成肥料の使用を減らし、土壌の肥沃度を改善し、栄養素を最適化する能力があるため、農薬と比較してより持続可能な選択肢として知られています。^{[ 18 ]}化粧品における微細藻類の使用もますます一般的になっています。これは、アンチエイジング、美白、紫外線保護など、微細藻類の化合物から得られる利点によるものです。藻類は、人々が日常的に使用する多くの化粧品に見られます。化合物は、抗酸化剤、保湿剤、皮膚感作剤、日焼け止め、増粘剤などに使用されています。 ^{[ 19 ]}医薬品の世界では、微細藻類にはさまざまな用途があります。それらは治療特性を持ち、薬物送達システムとして機能する生物活性化合物を生成する。微細藻類由来の細胞外小胞は、薬物送達に利用できる。それらは生体バリアを通過し、タンパク質、核酸、および小分子をカプセル化することができる。^{[ 20 ]}

微細藻類の培養は、閉鎖系と開放池の両方で行うことができます。開放池は、商業的な環境での生産において、より経済的に健全な選択肢と見なされることが多いです。^{[ 28 ]}さまざまな微細藻類種が孵化場で生産され、人間の栄養^{[ 29 ]}、バイオ燃料[ ^{30 ]}、他の生物の養殖[31]、医薬品^や化粧品の製造^{[ 32 ]}、バイオ肥料^{[ 33 ]}など、さまざまな商業目的で使用されています。しかし、細胞密度が低いことが^{、多くの微細藻類由来製品、特に低コスト商品の商業的実現可能性における大きなボトルネックとなっています}。^{[ 34 ]}

研究では、微細藻類孵化システムの成功の主な要因として以下が調査されています。^{[ 35 ] [ 34 ]}

• 栽培システム（光バイオリアクターと呼ばれる）の形状と規模。
• 光の強度
• 気相中の_{二酸化炭素（} CO₂ ）濃度
• 栄養素レベル（主に窒素、リン、カリウム）
• 文化の融合