微藻具有豐富的生物多樣性，目前已發(fā)現(xiàn)約50,000種。它們在自然生態(tài)系統(tǒng)中通過促進物質(zhì)循環(huán)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其廣泛的遺傳多樣性和代謝多樣性使它們能夠在多種棲息地中繁衍生息，甚至在高溫度和高鹽度環(huán)境中也能生存。許多微藻種類富含蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，包括多不飽和脂肪酸（PUFAs），如二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA），以及類胡蘿卜素及其衍生物（如蝦青素和葉黃素）。它們還產(chǎn)生其他生物活性化合物（如硫酸化多糖和花色素）（Gupta等人，2023年）。這些特性使得微藻在食品、制藥、生物能源、增強免疫功能、預(yù)防心血管疾病和生物柴油生產(chǎn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微藻是水生環(huán)境中的主要初級生產(chǎn)者，能夠快速合成PUFAs，尤其是必需脂肪酸EPA和DHA。
微藻中的DHA是一種重要的多不飽和脂肪酸（PUFA），具有顯著的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。它能激活抗炎途徑，增強肝臟保護，并支持免疫細胞的活力。這些特性使其在緩解類風濕性關(guān)節(jié)炎等炎癥性疾病方面表現(xiàn)出效。此外，DHA通過改善血脂和血糖水平、減少高脂飲食引起的脂肪積累以及提高HDL水平來調(diào)節(jié)代謝，從而有助于減輕心血管疾病和肥胖相關(guān)并發(fā)癥。角鯊烯在提高低氧耐受性方面也顯示出潛力，成為新的研究方向（Khan等人，2021年）。除了DHA，微藻脂質(zhì)還含有其他有價值的化合物，如角鯊烯，這是一種具有抗炎、抗腫瘤和心臟保護特性的三萜類化合物。角鯊烯在提高低氧耐受性方面具有潛力，成為新的研究焦點。其他PUFAs，如亞油酸和花生四烯酸，對多種健康問題具有治療潛力，包括高血壓、呼吸系統(tǒng)疾病、消化性潰瘍和精神分裂癥。這種多功能性使得微藻脂質(zhì)成為有價值的營養(yǎng)補充劑和健康產(chǎn)品成分。
與傳統(tǒng)魚類來源相比，微藻在生產(chǎn)PUFA方面具有多個優(yōu)勢，包括營養(yǎng)需求簡單、生長速度快、污染物含量低且無魚腥味（Mao等人，2022年）。微藻油的高營養(yǎng)價值和安全性已通過毒理學(xué)和遺傳毒性評估得到證實，支持其在食品和營養(yǎng)補充劑中的廣泛應(yīng)用。此外，微藻DHA的理化性質(zhì)符合國家標準，使其成為可靠的原材料（Chen等人，2016年）。
微藻營養(yǎng)價值極高，含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸和碳水化合物。某些種類，如小球藻（Chlorella）和鹽生杜氏藻（Dunaliella salina），其碳水化合物含量超過干重的40%。在蛋白質(zhì)方面，紅藻和螺旋藻（Spirulina）的含量分別高達60%和60~71%，遠高于大豆（38%）和雞蛋（13.2%）（Churchward-Venne等人，2017年）。微藻蛋白質(zhì)的優(yōu)勢不僅在于其含量，還在于其平衡的氨基酸組成。微藻可以合成20種不同的氨基酸，其中包括8種必需氨基酸。例如，小球藻中的必需氨基酸濃度符合世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）的標準。因此，微藻蛋白被認為是一種理想的可持續(xù)蛋白質(zhì)來源，并已廣泛應(yīng)用于食品配方和動物飼料中。
微藻蛋白不僅是一種極其營養(yǎng)豐富的食物，還因其多樣的生物活性而備受關(guān)注。微藻蛋白及其水解物或肽具有顯著的抗氧化、抗癌、降壓、抗炎和抗動脈粥樣硬化作用。這些生物活性歸因于酶蛋白、肽和蛋白質(zhì)復(fù)合物的參與（Wang等人，2022b）。藻膽蛋白包括藻紅蛋白、藻紅藍蛋白、藻藍蛋白（PC）和異藻藍蛋白（APC）。
來自微藻的天然色素，如葉綠素、類胡蘿卜素、蝦青素和巖藻黃質(zhì)，在光合作用中起著重要作用，并具有出色的抗氧化、抗炎和抗菌特性（Aditi等人，2025年）。因此，這些色素被視為食品工業(yè)中極具價值的天然功能性成分。與合成色素相比，微藻衍生的色素更符合“天然、健康和可持續(xù)”的食品趨勢。它們是人工染料的優(yōu)秀替代品，同時還能用于營養(yǎng)強化和功能性食品的制備（Siladji等人，2024年）。這些色素主要由類胡蘿卜素、藻膽素、葉綠素和巖藻黃質(zhì)組成。除了在藻類光合作用中的重要作用外，它們還表現(xiàn)出顯著的抗氧化、抗炎和抗菌生物活性。它們因能夠清除自由基（自由基會損害細胞并增強免疫功能）而受到深入研究。
微藻中的葉綠素和類胡蘿卜素是天然存在的化合物，在許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。這些色素在光合作用中捕獲光能，支持微藻生長。微藻繁殖迅速，所需資源少，使得類胡蘿卜素成為具有可持續(xù)性的寶貴生物活性物質(zhì)。因此，它們被認為是合成染料和動物來源化合物的可持續(xù)替代品。葉綠素是光合作用中的主要色素。除了吸收和轉(zhuǎn)化光能外，它還具有抗氧化、抗炎和調(diào)節(jié)腸道功能的生理益處。微藻中的葉綠素含量通常占其體重的0.5%到1.5%，而普通小球藻（Chlorella vulgaris）中的葉綠素含量可高達7%（Megawati等人，2022年）。此外，巖藻黃質(zhì)是一種典型的褐藻類胡蘿卜素，因其特殊的分子結(jié)構(gòu)而具有多種健康益處，如抗腫瘤、抗肥胖和調(diào)節(jié)血糖的作用。
近年來，基因工程、代謝調(diào)控和人工智能算法的進步使得對微藻中生物活性化合物合成途徑的研究更加深入。這些發(fā)展顯著提高了生物活性化合物的產(chǎn)量。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅擴展了微藻生物活性物質(zhì)在食品、醫(yī)藥和生物能源領(lǐng)域的應(yīng)用，還為生物資源的可持續(xù)開發(fā)提供了新方法。本文綜述了CRISPR/Cas9技術(shù)在微藻中增強生物活性化合物生物合成和調(diào)控的應(yīng)用。
