纤细裸藻——看似纤细实则有肉

你以为它是植物，它却会游泳和吞食有机颗粒！你以为它是动物，它还能光合作用！裸藻（Euglenophyta）曾在动植物界‘反复横跳’了100多年，直到现在也还有着争议。其中纤细裸藻（Euglena gracilis）是研究最广泛的模式种，如今正它正带着的‘超能力’杀入食品、医药甚至环保领域。今天我们来看看这位看似‘纤细’，实则‘有肉’微藻的硬核能力。

一、生物学信息

1. 分类学信息：纤细裸藻（Euglena gracilis），属于裸藻门（Euglenophyta），裸藻纲（Euglenophyceae），裸藻目（Euglenales），裸藻科（Euglenaceae），裸藻属（Euglena），在动物学上它又被叫做小眼虫。纤细裸藻和莱茵衣藻一样作为生物学研究对象的历史非常悠久，也是实验室中的模式种，是目前研究较透彻的几个物种之一。

2. 形态及特征

裸藻门的成员除了柄裸藻属都没有细胞壁，这也是为啥它们要叫裸藻。由于细胞膜裸露，裸藻还可直接吸收溶解于水中的有机质。裸藻属一般呈纺锤形至针形，形态可变，长31-40 μm，宽9-14 μm。

裸藻具有眼点光感受器这一‘藻类GPS’，可感受光并使单一鞭毛进行螺旋运动，眼点的感光性能让它们根据外接光强调节自身运动，光太强就远离，光不够就靠近，所以池塘的裸藻藻华清晨浮向水面光合作用，正午躲入深水防晒。

裸藻属的叶绿体有三层膜，且含有淀粉核，储存制造的过多食物形成一些半透明的副淀粉粒，这使得它们在无光等不利条件下不至于饿死，且根据淀粉核的数量和位置还可区分裸藻属种。

（裸藻：唉‘食粒’太强，没办法）

纤细裸藻营养方式多样，可进行光合自养、异养和兼养，且生长速度快，胞内营养物质丰富，具有较高生产价值，已被广泛研究且是裸藻属中唯一实现大规模培养和产业化的种。

图1 纤细裸藻显微图（红色：眼点；透明颗粒：淀粉粒; from Algaebase）

二、生物工程挑战：亟待突破的‘基因迷宫’

虽然纤细裸藻数个模式种植物，但想给它做基因改造可是难题多多：

1. 基因组拼图地狱

裸藻核基因组500 Mb（人类1/6大小），比一般藻类模式生物大很多（例如莱茵衣藻核基因组为111.1 Mb），且结构复杂，组装注释的困难较多，目前仍未获得完整图谱。科学家目前正在构建纤细裸藻的代谢网络，细胞内代谢途径的全面了解可以实现对工程靶点的合理选择，但进展较缓慢（图2）。但好在叶绿体和线粒体部分已拼装完成且叶绿体基因组转化体系较为成熟，RNAi技术已广泛用于功能基因组研究，可成功沉默部分光合色素基因、氧化还原酶等基因。

图2 纤细裸藻代谢网络构建（by: Inwongwan et al., 2023）

2. 基因编辑玄学

目前基因编辑工具还缺少高效启动子，成功率低且重复性较差。即使有成功改造菌株，在大规模培养上也因培养环境原因止步不前。

（科学家：你这游戏，副本难打，抽卡还没保底机制）

三、特有成分

在2013年，纤细裸藻已被国家卫健委列入新食品原料清单，《饲料原料目录》中也收录了裸藻属（Euglena）。从营养成分来看，它一样拥有含所有必须氨基酸的高蛋白、β-胡萝卜素、维生素C、维生素E，以及多不饱和脂肪酸（如EPA和DHA）。其蛋白质含量在异养条件下可达0.7 g/g干重。而EPA和DHA可分别达到3.4 mg/g和5.8 mg/g生重。

与其他藻类不同的是它独有的抗氧化剂——储存在淀粉粒中的副淀粉（paramylon），是一种β-1,3-葡聚糖，作为主要的储能物质，它的干重可达70%，目前已被证实能增强机体多种免疫力、降低胆固醇，在小鼠实验中显示出抗病毒和抗炎潜力（Nakashima et al., 2017）。通过化学改性，副淀粉可制成可降解的纳米纤维或热塑性树脂，替代石油基材料（Shibakami et al., 2014）。

裸藻中还含有特殊的脂质——蜡酯（Wax Esters，WEs），蜡酯广泛存在于动植物中，具多种重要生物性功能。在无氧条件下，裸藻中的蜡酯可达到60%的干重。WEs可以直接作为生物柴油，且作为润滑剂或蜡烛和化妆品的原料也有很高的工业需求。

四、实际应用

1. 健康食品与营养补充

纤细裸藻富含维生素（如维生素C、E、B族）、矿物质、氨基酸和不饱和脂肪酸（如DHA），且因其无细胞壁的结构，人体吸收率高达93.1%。它被制成粉末、胶囊或添加至饮品中，用于缓解隐性饥饿（微量营养素缺乏），尤其适合素食者或饮食不均衡人群。目前日本悠绿那株式会社在气候适宜的石垣岛开展光自养生产出系列产品，如能量棒（图2）、饼干、绿酒等等。

给动物吃也是有好处的，研究表明，添加裸藻多糖可减少仔猪腹泻，降低抗生素使用。利用裸藻粉替代豆粕饲喂养反刍动物（如绵羊），还能减少35%的甲烷排放，助力绿色农业。 （听说新西兰还对牛羊收‘打嗝费’？）

图2 日本产裸藻能量棒

2. 功能性保健功效

- 裸藻淀粉粒中的裸藻多糖（β-1,3-葡聚糖）能激活巨噬细胞，增强免疫力，降尿酸与抗痛风：裸藻多糖还可抑制肠道嘌呤吸收，促进尿酸排泄，日本已有相关产品用于痛风辅助管理。   

- 含有的β-胡萝卜素、叶黄素等可清除自由基，减轻炎症。   

3. 特殊医药用途

- 伤口修复，保湿防护：副淀粉纳米纤维具有生物相容性，目前有研究显示其能加速小鼠伤口愈合（Yasuda et al., 2018）；裸藻多糖不仅能加速皮肤伤口愈合，减少炎症因子，还具有保湿性和抗氧化性，在医用辅料和护肤品行业都存在潜力。

慢性病辅助：研究表明，裸藻多糖可能通过调节肠道菌群缓解慢性肾病，或通过降血脂、血糖辅助代谢健康。   

4. 助力环保   

通过对副淀粉进行化学改性（如引入酰基），可以制造出类似石油基树脂的可降解材料，用于包装或一次性制品。未来可能用于药物缓释或伤口敷料。副淀粉基材料在自然环境中能被微生物分解，避免白色污染。裸藻在无氧条件下产生的蜡酯可直接用于燃料，且燃烧后排硫量仅为石油的1/1000。

结语：

目前，裸藻在食品行业已有较大进展。但在生物工程领域，较大潜力还未被发掘，未来结合遗传工具开发和代谢工程进一步优化产物合成途径，解决规模化培养的经济性问题，拓展应用领域。

主要参考文献：Inwongwan等, 《Metabolic network reconstruction of Euglena gracilis》.

张凯凯等, 《纤细裸藻培养及其产物功能的研究与展望》.

Gissibl等, 《Bioproducts From Euglena Gracilis》.

Chen等, 《A Synthetic Biology Perspective on the Bioengineering Tools for an Industrial Microalga》.