Вплив сольового стресу та режимів охолодження на пігментний склад клітин Dunaliella salina
Анотація
Актуальність. Мікроводорості здатні виробляти значну кількість біологічно значущих речовин. У зв'язку зі зростанням популярності мікроводоростей актуальна розробка ефективних методів зберігання культур та створення банків штамів. Це не тільки задовольнить потреби науки та біотехнології у життєздатних і стійких культурах, але й вирішить проблему збереження біорізноманіття.
Мета роботи. дослідити вплив сольового стресу та режимів охолодження на пігментний склад клітин мікроводорості Dunaliella salina з метою підвищення їх збереження після заморожування-відігрівання.
Матеріали і методи. Об’єктами дослідження були одноклітинні зелені мікроводорості D. salina. Культивування проводили за стандартною методикою на поживних середовищах з різною кількістю NaCl та мікроелементів. Адаптацію до низьких температур здійснювали витримкою зразків при температурі 4°С протягом 24 годин без освітлення. Заморожування проводили шляхом додавання 1 мл суспензії клітин у поліпропіленову кріогенну пробірку об’ємом 1,8 мл (Nunc, Sigma-Aldrich), охолоджували зі швидкістю 1 град/хв за допомогою Mr. Frosty з використання наступних режимів: до -10°С, -40°С, -40°С з наступним зануренням у рідкий азот або прямим зануренням у рідкий азот (-196°С). Відігрівання здійснювали на водяній бані (37°С) при безперервному струшуванні протягом 1–2 хв. Мікроскопічні дослідження проводили на лазерному скануючому мікроскопі LSM-510 Meta (Carl Zeiss, Німеччина) при збудженні діодним лазером з довжиною хвилі 405 нм і 573 нм з використанням барвника Nile Red.
Результати. Встановлено, що утворення внутрішньоклітинних ліпідних глобул і синтез каротиноїдів у клітинах D. salina сприяють збільшенню концентрації та кількості рухомих клітин після заморожування-відтавання. Показано, що при швидкому охолодженні в клітинах не встигають включатися пристосувальні механізми і відбувається повне руйнування каротиновмісних ліпідних глобул.
Висновки. Кріоконсервацію клітин D. salina слід здійснювати зі швидкістю 1 град/хв до -40°С з подальшим зануренням у рідкий азот та обов’язковим етапом прекультивації при 4°С протягом 24 годин. Такий підхід дозволяє клітинам адаптуватися до зниження температури, що сприяє найкращому результату після заморожування-відігрівання.
Завантаження
Посилання
El-Baz FK, Aboul-Enein AM, El-Baroty GS, Youssef AM, Abd El-Baky HH. Accumulation of antioxidant vitamins in Dunaliella salina. J Biol Sci. 2002;2:220–3. https://doi.org/10.3923/jbs.2002.220.223
Jahnke LS, White AL. Long-term hyposaline and hypersaline stresses produce distinct antioxidant responses in the marine alga Dunaliella tertiolecta. J Plant Physiol. 2003;160(10):1193–202. https://doi.org/10.1078/0176-1617-01068
Goyal A. Osmoregulation in Dunaliella, Part II: Photosynthesis and starch contribute carbon for glycerol synthesis during a salt stress in Dunaliella tertiolecta. Plant Physiol Biochem. 2007;45(9):705–10. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.05.008
Kaewkannetra P, Enmak P, Chiu T. The effect of CO2 and salinity on the cultivation of Scenedesmus obliquus for biodiesel production. Biotechnol Bioprocess Eng. 2012;17(3):591–7. https://doi.org/10.1007/s12257-011-0533-5
Lu N, Wei D, Chen F., Yang ST. Lipidomic profiling and discovery of lipid biomarkers in snow alga Chlamydomonas nivalis under salt stress. Eur J Lipid Sci Technol. 2012;114(3):253–65. https://doi.org/10.1002/ejlt.201100248
Vo T, Mai T, Vu H, Van D, Dao H, Tran P, Nguyen N, Nguyen P, Nguyen NC. Effect of osmotic stress and nutrient starvation on the growth, carotenoid and lipid accumulation in Dunaliella salina A9. Researh in Plant Sciences. 2017;5(1):1–8. https://doi.org/10.12691/plant-5-1-1
Montazeri-Najafabady N, Negahdaripour M, Salehi MH, Morowvat MH, Shaker S, Ghasemi Y. Effects of osmotic shock on production of β-carotene and glycerol in a naturally isolated strain of Dunaliella salina. J Appl Pharm Sci. 2016;8:160–3. https://doi.org/10.7324/JAPS.2016.60825
Chen H, Jiang JG. Osmotic responses of Dunaliella to the changes of salinity. J Cell Physiol. 2009;219(2):251–8. https://doi.org/10.1002/jcp.21715
Halim R, Webley PA. Nile Red Staining for oil determination in microalgal cells: a new insight through statistical modelling. Int J Chem Eng. 2015:695061. https://doi.org/10.1155/2015/695061
Xia BB, Wang SH, Duan JB, Bai LH. The relationship of glycerol and glycolysis metabolism patway under hyperosmotic stress in Dunaliella salina. Cent Eur J Biol. 2014;9(9):901–8. https://doi.org/10.2478/s11535-014-0323-0
Schilipaulis, L. The extensive commercial cultivation of Dunaliella salina. Bioresour Technol. 1991;38(2–3):241–3. https://doi.org/10.1016/0960-8524(91)90162-D
Tafreshi, H.A. & Shariati, M. Dunaliella biotechnology: methods and applications. J Appl Microbiol. 2009;107(1):14–35. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04153.x
Gao D, Liu J, Liu C, McGann L, Watson P, Kleinhans F, Mazur P, Critser E, Critser J. Andrology: Prevention of osmotic injury to human spermatozoa during addition and removal of glycerol. Hum Reprod. 1995;10:1109–22. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.humrep.a136103
Hubálek Z. Protectants used in the cryopreservation of microorganisms. Cryobiology. 2003;46:205–29. https://doi.org/10.1016/S0011-2240(03)00046-4
Golan M, Jelinkova S, Kratochvilova I, Skládal P, Pešl M, Rotrekl V, Pribyl J. AFM Monitoring the influence of selected cryoprotectants on regeneration of cryopreserved cells mechanical properties. Front Physiol. 2018;9:804. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00804
Panta A, Panis B, Ynouye C, Swennen R, Roca W, Tay D, Ellis D. Improved cryopreservation method for the long-term conservation of the world potato germplasm collection. Plant Cell Tissue Organ Cult. 2015;120:117–25. https://doi.org/10.1007/s11240-014-0585-2
Chen XL, Li JH, Xin X, Zhang ZE, Xin PP, Lu XX. Cryopreservation of in vitro-grown apical meristems of Lilium by droplet-vitrification. S Afr J Bot. 2011;77(2):397–403. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2010.10.005
Chernobai NA, Kadnikova NG, Vozovyk KD, Rozanov LF, Kovalenko IF, Kot YG. Temperature-salt stress increases yield of valuable metabolites and shelf life of microalgae. Biophysical Bulletin. 2022;48:7–17. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2022-48-01
Chernobai N, Kadnikova N, Kovalenko I. The role of cold adaptation in cryopreservation of Dunaliella salina Teod. microalgae. Advances in Biology & Earth Sciences. 2019;4(2):119–27. Available from: http://cryo.net.ua/xmlui/handle/123456789/640
Tafreshi А, Shariati М. Dunaliella biotechnology: methods and applications. J Appl Microbiol. 2009;107: 14–35. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04153.x
Aravantinou AF, Manariotis ID. Effect of operating conditions on Chlorococcum sp. growth and lipid production. J Environ Chem Eng. 2016;1(4):1217–23. https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.01.028
Sathasivan R, Juntawong N. Modified medium for enhanced growth of Dunaliella strains. Int J Curr Sci. 2013;5:67–73. Available from: https://www.researchgate.net/publication/322635532
Masyuk NP. Morphology, systematics, ecology, geographical distribution of the genus Dunaliella Teod. and the prospects for its practical use. Kyiv, Naukova Dumka; 1973. 244 p.
Spain O, Funk C. Detailed Characterization of the cell wall structure and composition of Nordic green microalgae. J Agric Food Chem. 2022;70(31):9711–21. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c02783
Khoo HE, Prasad KN, Kong KW, Jiang Y, Ismail A. Carotenoids and their isomers: Color pigments in fruits and vegetables. Molecules. 2011;16:1710–38. https://doi.org/10.3390/molecules16021710
Guedes AC, Amaro HM, Malcata FX. Microalgae as sources of carotenoids. Mar Drugs. 2011;9(4):625–44. https://doi.org/10.3390/md9040625
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
