Blauwalgen of beter cyanobacteriën


Blauwalgen zijn prokaryoot. Een andere naam die beter klopt is cyanobacteriën. Ze zijn namelijk prokaryoot, dit in tegenstelling tot de eukaryote (groen)algen. Dus blauwalgen zijn bacteriën.

Kenmerken
Binnen de bacteriën onderscheiden de cyanobacteriën zich door het feit dat ze een fotosynthese hebben die lijkt op die van de planten/groenalgen waarbij met licht(energie) CO2 wordt omgezet in celmateriaal (organische stoffen); als bijproduct onstaat O2.
Cyanobacteriën hebben voor de fotosynthese geen aparte organellen (zoals planten en algen de chloroplasten), de pigmenten liggen op de vaak ter plaatse sterk geplooide celmembraan. Het chlorofyl van blauwalgen is eenvoudiger van vorm dan bij de planten maar cyanobacteriën benutten een groter deel van het licht (wat de golflengtes betreft) dan de meeste algen en planten omdat ze extra pigmenten bevatten waaronder phycocyanine. Deze pigmenten kunnen licht met een golflengte van 550 - 620 nanometer opvangen en aan het chlorofyl doorgeven voor de fotosynthese.
Blauwalgen kunnen eencellig zijn maar ze kunnen ook kolonies of draden, vormen. De voortplanting is ongeslachtelijk. De cellen vermeerderen zich net als de andere bacteriën door deling (zie groei).

Voorkomen

Cyanobacteriën komen voor in zout en zoet water. Van de voedingsstoffen CHONSP haalt de cyanobacterie de C uit de lucht/water in de vorm van CO2 , HO uit water en maken er organische stoffen van (fotosynthese) waarbij vervolgens stikstof (N) het meest nodig is voor het maken van eiwitten, en fosfor (P) voor ATP, RNA, DNA en fosfolipiden. Zie ook assimilatie. Daarnaast zijn ook de metalen ijzer, koper en magnesium in zeer lage concentraties noodzakelijk.

Omdat cyanobacteriën autotroof zijn is de beperkende groeifactor de aanwezigheid van nitraat en fosfaat. Grote dichtheden aan algen zien we dan ook in bewoonde gebieden waar door menselijke activiteiten stikstof en fosfaat in het oppervlaktewater belanden. Dit zien we terug in groene (groenalgen) en blauwgroene (cyanobacterien) sloten en meren. Deze overbemesting wordt ook wel eutrofiering genoemd.

Sommige cyanobacteriesoorten hebben gasblaasjes waardoor ze kunnen drijven en een blauw-groene laag bovenop het water vormen. Aan het wateroppervlak, waar veel licht is, kunnen de bacteriën door de fotosynthese koolhydraten maken. Deze koolhydraten worden opgeslagen in de cel. De opgeslagen koolhydraten maken de cellen zwaarder, waardoor naar beneden zinken waar veel voedingsstoffen zitten. Daar nemen de cellen de nodige voedingsstoffen op waarbij ze de opgeslagen koolhydraten gebruiken als energiebron. Zo worden de cellen weer lichter en gaan ze weer drijven. Drijflagen van cyanobacteriën komen vooral ’s ochtends voor, als tijdens de nacht de opgeslagen koolhydraten zijn verbruikt.


Cyanobacteriën leven niet alleen in zoet en zout water maar ook in de grond, op rotsen, takken en boomstammen. In de tropen leven ze als op planten. Sommige soorten kunnen zeer hoge temperaturen, tot 90 C verdragen en leven in heetwaterbronnen.
Ook symbiose is mogelijk, zo is een korstmos een samenleving tussen cyanobacterie en schimmel.


Cyanobacteriën als probleem

Er zijn veel soorten berucht omdat ze  in de zomer en nazomer massaal gaan groeien en grote overlast bezorgen. Het wordt blauwalg genoemd. Zo'n algenbloei is het gevolg van een bauwalgenbloei
foto: afkomstig van cyanosite

overmaat aan voedingsstoffen (met name fosfaat). Het probleem is dat cyanobacteriën giftige stoffen (toxinen) kunnen afscheiden. Daarom wordt zwemmen in met blauwalg besmet zwemwater sterk afgeraden en vaak verboden. De klachten bij mensen variëren van hoofdpijn, ernstige zwelling van de oogleden, irritatie van slijmvliezen, huidirritatie, misselijkheid, diarree tot koorts. Ook honden kunnen ernstig ziek worden door het drinken van water met blauwalgen of door na het zwemmen zich droog te likken.

Cyanobacterien kunnen bepaald worden door microscopische onderzoek. Er is veel tijd, kennis en ervaring nodig om blauwalgen onder een microscoop te herkennen en te tellen. Een nieuw alternatief is de kwantitatieve PCR techniek. Hiermee zijn de meest voorkomende toxineproducerende blauwalgen Microcystis, Planktothrix, Anabaena, Aphanizomenon en Woronichinia te detecteren. Lees meer..

Cyanobacteriën als oplossing

Zuurstofvormers, broeikasgasbinders!
Cyanobacteriën vormen heel veel zuurstof (ongeveer de helft van de wereldproductie) en leggen het broeikasgas CO2 vast. Zie koolstofkringloop.

Stikstofbinding, dat kunnen planten en dieren niet!
Bepaalde soorten zijn in staat om stikstofgas binden en spelen zo een belangrijke rol in de stikstofkringloop, omdat andere organismen , plant, dier en mens, niet in staat zijn stikstof uit de lucht te binden en zo allemaal afhankelijk zijn voor hun stikstofbehoefte (eiwitten, DNA, RNA) van de eerste schakel in deze kringloop.De stikstofbinding vindt plaats in speciale cellen,de heterocysten. De celwand is dikker dan van de normale cellen. In heterocysten heerst een anaeroob milieu, noodzakelijk voor de cyanobacteriën om stikstofgas te fixeren.

anabaena met heterocyst
foto: afkomstig van
cyanosite

Hierboven een draadvormende Anabaenasoort met een heterocyst. Anabaena kan in symbiose leven met het kleine water plantje Azolla, waardoor dit plantje in Azië als groenbemester wordt gebruikt in rijstvelden.

Als product
De soort Arthrospira platensis (beter bekend onder de oude naam Spirulina) wordt wereldwijd gekweekt en gebruikt als voedingssupplement. Ook in Nederland, lees meer. Ook de pigmenten zijn van belang : Phycocyanine (15% van het totale drooggewicht) wordt toegepast als kleurstof voor levensmiddelen, als functioneel ingrediënt van gezondheidsvoeding en als een zogenoemd fluorofoor voor het kleuren van biologisch materiaal in microscopisch onderzoek. In Phycocyanobiline, het werkelijke pigment vor de fotosynthese vormt slechts 0,7% van de biomassa. Winning is rendabel mogelijk dankzij hoge prijzen van zowel phycocyanine als phycocyanobiline. Ook is het oogsten van Arthrospira platensis door spontane klontering van de spiraalvormige cellen relatief goedkoop vergeleken met andere microalgen waarbij dure centrifuges nodig zijn. Bovendien groeit Arthrospira platensis goed bij hoge pH. Daardoor is het kweken van deze microalg in relatief goedkope open kweeksystemen mogelijk. Het risico op besmetting met of predatie door andere algen of organismen is niet groot omdat die niet tegen de hoge pH kunnen die Arthrospira platensis wél kan verdragen.

bron: http://www.kennislink.nl/publicaties/producten-uit-de-algenfabriek

Als fabriek:

Zonder brandstof producten maken! Zelfs brandstoffen…
Het zijn snel groeiende organismen die geen brandstof nodig hebben, dat maken ze zelf uit licht en CO2.
In deze fotosynthese bouwen ze nadat de lichtenergie in  chemische energie (ATP, NADPH) is  omgezet uit CO2 een organische stof ,pyruvaat, dat een sleutelmolecuul is in de stofwisseling van de cyanobacterie zelf maar ook in alle andere organismen zonder fotosynthese.

Zo zet bakkersgist pyruvaat om in ethanol. Daarvoor zijn slechts twee enzymen dus ook twee genen nodig. Een nog eenvoudiger voorbeeld is de biochemische productie van melkzuur uit pyruvaat door melkzuurbacteriën. Daarvoor is maar één gen nodig.


Het bedrijf Photanol kwam op het idee om  de capaciteiten van de cyanobacterie , namelijk leven zonder brandstof te combineren met het  biochemisch talent van de  andere bacterie die melkzuur kan maken.
Door het DNA voor de synthese van de gewenste stof in de cyanobacteriecel  te brengen, kan de cyanobacterie uit licht en CO2 het product melkzuur maken.(grondstof voor bioplastic)
Maar ook andere stoffen kunnen zo uit licht en CO2 gemaakt worden, bijvoorbeeld ethanol, biobrandstof, maar nu is er geen suiker nodig (afkomstig van jawel  eveneens fotosynthetische planten ) vanuit de landbouw, omdat de cyanobacterie dat ook wel kan! Dus geen concurrentie tussen voedselproductie en biobrandstofproductie.
Dus nuttige producten, zonder dat het veel energie kost, en je gebruikt als grondstof licht en broeikasgas!
Bronnen:
http://www.duurzaambedrijfsleven.nl/42489/amsterdammers-wereldleider-met-vierde-generatie-biobrandstof/

http://www.kennislink.nl/publicaties/stamverbetering

http://www.duurzaambedrijfsleven.nl/chemie/7615/zonaanbiddende-bacterie-maakt-plastic