Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Мікроводорості Chlorella vulgaris як перспективне джерело вітамінів B₁₂ та D2

Віктор Борцюх, Наталія Голуб
Завантажити статтю
Анотація

Актуальність даного дослідження обумовлена необхідністю узагальнити сучасні знання щодо механізмів накопичення вітамінів B₁₂ і D₂ у Chlorella vulgaris та факторів, що визначають їхню біохімічну варіативність у культурах мікроводоростей. Метою роботи було систематизувати дані літератури за 2020-2025 роки та визначити ключові чинники, що регулюють стерольний метаболізм і вітамінний профіль Chlorella vulgaris. Дослідження базувалося на методах цільового інформаційного пошуку, контент-аналізу, критичного порівняння та якісного синтезу результатів попередніх наукових робіт. На основі аналізу джерел було показано, що тип живильного середовища визначав рівень мікронутрієнтів у біомасі Chlorella vulgaris. Мінеральні середовища забезпечували стабільний ріст, але не містили кобаламіну (вітаміну B₁₂), тоді як органічні субстрати – печінковий екстракт, молочна сироватка, пермеати та анаеробні дигестати – демонстрували вищий потенціал збагачення клітин завдяки природним коферментам, білкам і мікроелементам. Показано, що іони кобальту (Co²⁺) сприяли більшому накопиченню кобаламіну в біомасі, а магній (Mg²⁺), цинк (Zn²⁺), залізо (Fe²⁺/Fe³⁺) і мідь (Cu²⁺) виступали важливими кофакторами ферментів та транспортних систем, які впливали на стерогенез. Щодо вітаміну D₂ (ергокальциферолу), літературні дані підтвердили вирішальну роль ультрафіолетового випромінювання діапазону B (UV-B), яке ініціювало фотоконверсію ергостеролу. Інтенсивність та спектральний склад освітлення визначали швидкість накопичення стеролів, тоді як солоність, дефіцит азоту чи фосфору та інші стресові чинники сприяли посиленню ліпідогенезу й змінам стерольного пулу. Встановлено, що у стаціонарній фазі культури ліпідні та стерольні фракції накопичувалися інтенсивніше, ніж у період активного поділу клітин. Узагальнений аналіз джерел показав, що найбільш ефективне збагачення Chlorella vulgaris вітамінами B₁₂ і D₂ досягається за умови поєднання органічних живильних середовищ, оптимізованого спектра освітлення з UV-B компонентом та контрольованого мінерального складу середовища

Ключові слова

кобаламін, ергокальциферол, органічні екстракти, спектр світла, ергостерол, іони металів, стресові фактори

ЦИТУВАТИ
Bortsiukh, V., & Golub, N. (2025). Chlorella vulgaris microalgae as a potential source of vitamins B₁₂ and D₂. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 21(6),93-113. https://doi.org/10.31548/dopovidi/6.2025.93
Використані джерела
  1. Abdelkarim, O.H., Wijffels, R.H., & Barbosa, M.J. (2025). Exploiting microalgal diversity for sterol production. Frontiers in Plant Science, 16, article number 1616863. doi: 10.3389/fpls.2025.1616863.
  2. Ahirwar, A., et al. (2024). Fermentation of algal biomass for its nutritional value: Perspectives and revolutions in the food industry. Environmental Technology Reviews, 13(1), 1-28. doi: 10.1080/21622515.2023.2283097.
  3. Ali, H.E.A., El-Fayoumy, E.A., Rasmy, W.E., Soliman, R.M., & Abdullah, M.A. (2021). Two-stage cultivation of Chlorella vulgaris using light and salt stress conditions for simultaneous production of lipid, carotenoids, and antioxidants. Journal of Applied Phycology, 33(1), 227-239. doi: 10.1007/s10811-020-02308-9.
  4. Almutairi, A.W., El-Sayed, A.E.K.B., & Reda, M.M. (2021). Evaluation of high salinity adaptation for lipid bio-accumulation in the green microalga Chlorella vulgaris. Saudi Journal of Biological Sciences, 28(7), 3981-3988. doi: 10.1016/j.sjbs.2021.04.007.
  5. Ampofo, J., & Abbey, L. (2022). Microalgae: Bioactive composition, health benefits, safety and prospects as potential high-value ingredients for the functional food industry. Foods, 11(12), article number 1744. doi: 10.3390/foods11121744.
  6. Ashaari, A., Iehata, S., Kim, H.-J., & Rasdi, N.W. (2024). Recent advancement of zooplankton enriched with nutrients and probiotic isolates from aquaculture systems: A review. Journal of Applied Animal Research, 52(1), article number 2417052. doi: 10.1080/09712119.2024.2417052.
  7. Azhan, A.N.M., Mahari, W.A.W., Razali, W.A.W., Amri, B.K.M., Kamaruzzan, A.S., & Lam, S.S. (2025). Influence of wavelength-specific light on growth, chlorophyll synthesis, fatty acid, and carbohydrate production in Chlorella sorokiniana. Energy & Environment. doi: 10.1177/0958305X251379782.
  8. Barber-Lluch, E., Joglar, V., Moreiras, G., Leão, J.M., Gago-Martínez, A., Fernández, E., & Teira, E. (2021). Variability of vitamin B12 concentrations in waters along the Northwest Iberian shelf. Regional Studies in Marine Science, 42, article number 101608. doi: 10.1016/j.rsma.2020.101608.
  9. Bialevich, V., Zachleder, V., & Bišová, K. (2022). The effect of variable light source and light intensity on the growth of three algal species. Cells, 11(8), article number 1293. doi: 10.3390/cells11081293.
  10. Bunbury, F., Deery, E., Sayer, A.P., Bhardwaj, V., Harrison, E.L., Warren, M.J., & Smith, A.G. (2022). Exploring the onset of B12‐based mutualisms using a recently evolved Chlamydomonas auxotroph and B12‐producing bacteria. Environmental Microbiology, 24(7), 3134-3147. doi: 10.1111/1462-2920.16035.
  11. Carlberg, C. (2022). Vitamin D in the context of evolution. Nutrients, 14(15), article number 3018. doi: 10.3390/nu14153018.
  12. Coronado-Reyes, J.A., & González-Hernández, J.C. (2023). Vitamins from microalgae. In E. Jacob-Lopes, M.I. Queiroz, M.M. Maroneze & L.Q. Zepka (Eds.), Handbook of food and feed from microalgae: Production, application, regulation, and sustainability (pp. 111-115). London: Academic Press. doi: 10.1016/B978-0-323-99196-4.00026-7.
  13. Cunha, A.E.P., Sátiro, J.R., Escobar, B.P., & Simões, R.M.S. (2023). Chlorella vulgaris growth, pigment and lipid accumulation: Effect of progressive light and hydrogen peroxide exposure. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 98(2), 442-450. doi: 10.1002/jctb.7256.
  14. de Brito, B.M., Campos, V.D.M., Neves, F.J., Ramos, L.R., & Tomita, L.Y. (2023). Vitamin B12 sources in non-animal foods: A systematic review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 63(26), 7853-7867. doi: 10.1080/10408398.2022.2053057.
  15. Der, C., Courty, P.E., Recorbet, G., Wipf, D., Simon-Plas, F., & Gerbeau-Pissot, P. (2024). Sterols, pleiotropic players in plant-microbe interactions. Trends in Plant Science, 29(5), 524-534. doi: 10.1016/j.tplants.2024.03.002.
  16. Durdakova, M., Kolackova, M., Ridoskova, A., Cernei, N., Pavelicova, K., Urbis, P., Richtera, L., Pelcova, P., Adam, V., & Huska, D. (2024). Exploring the potential nutritional benefits of Arthrospira maxima and Chlorella vulgaris: A focus on vitamin B12, amino acids, and micronutrients. Food Chemistry, 452, article number 139434. doi: 10.1016/j.foodchem.2024.139434.
  17. Feng, Y., Xiao, J., Cui, N., Zhao, Y., & Zhao, P. (2021). Enhancement of lipid productivity and self-flocculation by cocultivating Monoraphidium sp. FXY-10 and Heveochlorella sp. Yu under mixotrophic mode. Applied Biochemistry and Biotechnology, 193(10), 3173-3186. doi: 10.1007/s12010-021-03593-x.
  18. Gao, Y., Bernard, O., Fanesi, A., Perré, P., & Lopes, F. (2023). The impact of light/dark regimes on structure and physiology of Chlorella vulgaris biofilms. Frontiers in Microbiology, 14, article number 1250866. doi: 10.3389/fmicb.2023.1250866.
  19. González-González, L.M., & De-Bashan, L.E. (2021). Toward the enhancement of microalgal metabolite production through microalgae-bacteria consortia. Biology, 10(4), article number 282. doi: 10.3390/biology10040282.
  20. Gopalakrishnan, K., Wager, Y.Z., & Roostaei, J. (2024). Co-cultivation of microalgae and bacteria for optimal bioenergy feedstock production in wastewater by using response surface methodology. Scientific Reports, 14, article number 20703. doi: 10.1038/s41598-024-70033-1.
  21. Grishko, V., Zotsenko, V., Bogatko, N., & Ostrovskiy, D. (2024). Biological features, biotechnology, cultivation and areas of stagnation of microscopic single-cell algae of the genus Chlorella: (Review of the literature). Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Agricultural Sciences, 26(101), 329-340. doi: 10.32718/nvlvet-a10150.
  22. Hamouda, R.A., El Latif, A.A., Elkaw, E.M., Alotaibi, A.S., Alenzi, A.M., & Hamza, H.A. (2022). Assessment of antioxidant and anticancer activities of microgreen alga Chlorella vulgaris and its blend with different vitamins. Molecules, 27(5), article number 1602. doi: 10.3390/molecules27051602.
  23. Islam, M. (2024). The consistency of vitamin B12 in marketed microalgae powders. International Journal of Agricultural Research, Innovation and Technology, 14(2), 146-152. doi: 10.3329/ijarit.v14i2.79425.
  24. Ji, X., Luo, X., Zhang, J., & Huang, D. (2021). Effects of exogenous vitamin B12 on nutrient removal and protein expression of algal-bacterial consortium. Environmental Science and Pollution Research, 28(13), 15954-15965. doi: 10.1007/s11356-020-11720-0.
  25. Kamolrat, N., Kamuang, S., Khamket, T., Sangmek, P., & Sitthaphanit, S. (2023). The effect of optimum photoperiod from blue LED light on growth of Chlorella vulgaris in photobioreactor tank. Natural Life Sciences Communications, 22(3), article number e2023038. doi: 10.12982/NLSC.2023.038.
  26. Kashyap, S., Das, N., Kumar, M., Mishra, S., Kumar, S., & Nayak, M. (2025). Poultry litter extract as solid waste supplement for enhanced microalgal biomass production and wastewater treatment. Environmental Science and Pollution Research. doi: 10.1007/s11356-025-35900-y.
  27. Kholif, A.E., & Olafadehan, O.A. (2021). Chlorella vulgaris microalgae in ruminant nutrition: A review of the chemical composition and nutritive value. Annals of Animal Science, 21(3), 789-806. doi: 10.2478/aoas-2020-0117.
  28. Klamann, L., Dutta, R., Ghazaryan, L., Sela-Adler, M., Khozin-Goldberg, I., & Gillor, O. (2023). Cobalamin production in phototrophic and mixotrophic cultures of nine duckweed species (Lemnaceae). bioRxiv. doi: 10.1101/2023.10.31.564895.
  29. Kolesovs, S., & Semjonovs, P. (2023). Microalgal conversion of whey and lactose containing substrates: Current state and challenges. Biodegradation, 34(5), 405-416. doi: 10.1007/s10532-023-10033-6.
  30. Kozhemiaka, O.V., & Peshuk, L.V. (2023). Chlorella as a biologically active component in the technology of health and wellness products. Journal of Chemistry and Technologies, 31(2), 230-239. doi: 10.15421/jchemtech.v31i2.275148.
  31. Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. (n.d.). Steroid biosynthesis – reference pathway. Retrieved from https://www.kegg.jp/pathway/map00100?utm_source.
  32. Leung, M.F., & Cheung, P.C.K. (2021). Vitamins D and D2 in cultivated mushrooms under ultraviolet irradiation and their bioavailability in humans: A mini-review. International Journal of Medicinal Mushrooms, 23(11), 1-15. doi: 10.1615/IntJMedMushrooms.2021040390.
  33. Liu, C., Wei, H., Ru, S., Wang, W., Li, Z., Liu, L., Song, X., & Wang, J. (2025). Synthetic microalgae community promotes chili growth planted in waste stone powder by enriching beneficial root endophytic bacteria and fungi. Plant and Soil. doi: 10.1007/s11104-025-08011-3.
  34. Maulana, S., et al. (2025). Effect of red and blue light on lipid, protein, carbohydrate, and pigment contents of Navicula sp. Makara Journal of Science, 29(3), 411-421. doi: 10.7454/mss.v29i3.2197.
  35. Mendes, A.R., Spínola, M.P., Lordelo, M., & Prates, J.A.M. (2024). Chemical compounds, bioactivities, and applications of Chlorella vulgaris in food, feed and medicine. Applied Sciences, 14(23), article number 10810. doi: 10.3390/app142310810.
  36. Nef, C., Dittami, S., Kaas, R., Briand, E., Noël, C., Mairet, F., & Garnier, M. (2022). Sharing vitamin B12 between bacteria and microalgae does not systematically occur: Case study of the haptophyte Tisochrysis lutea. Microorganisms, 10(7), article number 1337. doi: 10.3390/microorganisms10071337.
  37. Nowruzi, B., Shishir, A., Porzani, S.J., & Ferdous, U.T. (2022). Exploring the interactions between algae and bacteria. Mini Reviews in Medicinal Chemistry, 22(20), 2596-2607. doi: 10.2174/1389557522666220504141047.
  38. Papadopoulos, K.P., et al. (2023). Vitamin B12 bioaccumulation in Chlorella vulgaris grown on food waste-derived anaerobic digestate. Algal Research, 75, article number 103290. doi: 10.1016/j.algal.2023.103290.
  39. Peng, M., Liu, P., Peng, R., Jiang, X., Li, S., & Jiang, M. (2025). Effects of nitrogen, phosphorus, iron, and silicon on the growth, total lipid content, and fatty acid composition of the diatom Corethron sp. Journal of Applied Phycology. doi: 10.1007/s10811-025-03716-5.
  40. Peshuk, L.V., Prykhodko, D.Y., Kozhemiaka, O.V., & Petrenko, S.A. (2024). Green algae: Focus on innovation, functionality and naturalness. Journal of Chemistry and Technologies, 32(1), 138-152. doi: 10.15421/jchemtech.v32i1.288749.
  41. Pessi, B.A., & Bernard, O. (2024). Dynamical metabolic model for optimizing biotin-regulated lipid production in microalgae-bacteria symbiosis. IFAC-PapersOnLine, 58(14), 151-156. doi: 10.1016/j.ifacol.2024.08.329.
  42. Ribeiro, M., Maciel, C., Cruz, P., Darmancier, H., Nogueira, T., Costa, M., Laranjeira, J., Morais, R.M.S.C., & Teixeira, P. (2023). Exploiting potential probiotic lactic acid bacteria isolated from Chlorella vulgaris photobioreactors as promising vitamin B12 producers. Foods, 12(17), article number 3277. doi: 10.3390/foods12173277.
  43. Ricky, R., Chiampo, F., & Shanthakumar, S. (2022). Efficacy of ciprofloxacin and amoxicillin removal and the effect on the biochemical composition of Chlorella vulgaris. Bioengineering, 9(4), article number 134. doi: 10.3390/bioengineering9040134.
  44. Salbitani, G., & Carfagna, S. (2021). Ammonium utilization in microalgae: A sustainable method for wastewater treatment. Sustainability, 13(2), article number 956. doi: 10.3390/su13020956.
  45. Selvaraj, H. (2024). Unlocking the potential of Chlorella vulgaris: Bioactivity and multifunctional uses. Natural Product Research. doi: 10.1080/14786419.2024.2384087.
  46. Singh, R.P., Yadav, P., Kumar, I., Solanki, M.K., Roychowdhury, R., Kumar, A., & Gupta, R.K. (2023). Advancement of abiotic stresses for microalgal lipid production and its bioprospecting into sustainable biofuels. Sustainability, 15(18), article number 13678. doi: 10.3390/su151813678.
  47. Souza, A.L., & Patti, G.J. (2021). A protocol for untargeted metabolomic analysis: From sample preparation to data processing. In V. Weissing & M. Edeas (Eds.), Mitochondrial medicine: Volume 2: Assessing mitochondria (pp. 357-382). New York: Springer. doi: 10.1007/978-1-0716-1266-8_27.
  48. Sultana, S., Bruns, S., Wilkes, H., Simon, M., & Wienhausen, G. (2023). Vitamin B12 is not shared by all marine prototrophic bacteria with their environment. ISME Journal, 17(6), 836-845. doi: 10.1038/s41396-023-01391-3.
  49. Tong, C.Y., Tomita, H., Miyazaki, K., Chieh, D.C.J., & Honda, K. (2025). Synergistic enhancement of biomass and lipid productivity in Chlorella Sorokiniana co-cultured with vitamins-overproducing Escherichia Coli. Retrieved from https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5351723.
  50. Tzachor, A., van den Oever, S.P., Mayer, H.K., Asfur, M., Smidt-Jensen, A., Geirsdóttir, M., Jensen, S., & Smárason, B.O. (2024). Photonic management of Spirulina (Arthrospira platensis) in scalable photobioreactors to achieve biologically active unopposed vitamin B12. Discover Food, 4(1), article number 69. doi: 10.1007/s44187-024-00152-1.
  51. van den Oever, S.P., & Mayer, H. (2022). Biologically active or just “pseudo”-vitamin B12 as predominant form in algae-based nutritional supplements? Journal of Food Composition and Analysis, 109, article number 104464. doi: 10.1016/j.jfca.2022.104464.
  52. Vitamin B12 in algae: Spirulina, Chlorella and nori. (n.d.). Retrieved from https://www.b12-vitamin.com/algae/.
  53. Vogeler, S., Wikfors, G.H., Li, X., Sauvage, J., & Joyce, A. (2021). Investigation of vitamin B12 concentrations and tissue distributions in larval and adult Pacific oysters and related bivalves. bioRxiv. doi: 10.1101/2021.10.08.463682.
  54. Voshall, A., Christie, N.T., Rose, S.L., Khasin, M., Van Etten, J.L., Markham, J.E., Riekhof, W.R., & Nickerson, K.W. (2021). Sterol biosynthesis in four green algae: A bioinformatic analysis of the ergosterol versus phytosterol decision point. Journal of Phycology, 57(4), 1199-1211. doi: 10.1111/jpy.13164.
  55. Xu, B., Liu, J., Zhao, C., Sun, S., Xu, J., & Zhao, Y. (2021). Induction of vitamin B12 to purify biogas slurry and upgrade biogas using co‐culture of microalgae and fungi. Water Environment Research, 93(8), 1254-1262. doi: 10.1002/wer.1504.
  56. Zhang, T., & Long, J. (2025). Critical assessment of several filamentous algae as bioeconomic energy under different culture conditions. Algal Research, 88, article number 103992. doi: 10.1016/j.algal.2025.103992.
  57. Zhao, D., Poong, S.-W., Ling, T.C., Lai, S.H., Lim, P.-E., & Ngoh, G.C. (2025). Enhanced removal of copper (Cu2+) by microalgae-bacteria consortium: Mechanistic insights, physiological responses, and artificial neural network (ANN)-based prediction. Retrieved from https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5571187.
  58. Zhao, N., Liu, F., Dong, W., Yu, J., Halverson, L.J., & Xie, B. (2024). Quantitative proteomics insights into Chlamydomonas reinhardtii thermal tolerance enhancement by a mutualistic interaction with Sinorhizobium meliloti. Microbiology Spectrum, 12(8), article number e0021924. doi: 10.1128/spectrum.00219-24.