Summary

Évaluation de l’effet des facteurs de croissance sur la production de chlorophylles A et B à partir de microalgues

Published: October 25, 2024
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Summary

La présente étude met en évidence les avantages de l’utilisation de la méthode développée par Jeffrey et Humphrey pour extraire et quantifier les pigments liposolubles des microalgues. Cette méthode constitue un outil précieux pour évaluer l’influence des facteurs de croissance sur la production de chlorophylle et le contenu cellulaire de ces organismes.

Abstract

Les microalgues contiennent deux grands groupes de pigments : les chlorophylles et les caroténoïdes. La chlorophylle est un pigment vert qui absorbe l’énergie lumineuse et la transforme en énergie chimique pour faciliter la synthèse des composés organiques. Ce pigment constitue une source primaire précieuse pour les intrants biotechnologiques dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique en raison de ses propriétés antioxydantes élevées et de ses capacités colorantes. L’objectif de cette recherche était d’évaluer l’effet des facteurs de croissance (concentration en CO2 , couleur de la lumière et intensité lumineuse) à travers un plan expérimental de Taguchi L4 sur la croissance cellulaire et le contenu cellulaire des chlorophylles a et b chez Chlorella sorokiniana, suivi d’une validation de la méthode à l’aide d’Haematococcus pluvialis les microalgues comme modèle d’étude supplémentaire. La croissance cellulaire a été quantifiée à l’aide de la technique spectrophotométrique de densité optique à une longueur d’onde de 550 nm. Pour la quantification des chlorophylles, un extrait cellulaire a été obtenu à l’aide d’une solution d’acétone pure à 90 %, puis les concentrations de chlorophylles a et b ont été quantifiées à l’aide de techniques spectrophotométriques aux longueurs d’onde de 647 nm et 664 nm, selon la méthode décrite par Jeffrey et Humphrey. Les résultats expérimentaux ont indiqué que le contrôle des conditions de faible ajout de CO2 , de lumière violette et de faible intensité lumineuse augmente à la fois la croissance cellulaire et la concentration de chlorophylles a et b dans les cellules. La mise en œuvre de cette méthode de quantification de la chlorophylle permet une détermination rapide, simple et précise de la teneur en chlorophylle, car les longueurs d’onde utilisées se situent aux pics d’absorbance des deux types de chlorophylles, ce qui rend cette technique facilement reproductible pour toutes les microalgues étudiées.

Introduction

Ces dernières années, les problèmes environnementaux croissants causés par les activités anthropiques et leurs effets néfastes sur la santé et l’équilibre des écosystèmes ont conduit à la recherche de systèmes de production plus efficaces et plus respectueux de l’environnement. Cela a accéléré les processus dans les industries et favorisé la mise en œuvre de traitements de biorestauration et le développement de biocomposés pour atténuer ces effets néfastes1.

Ce contexte a conduit à un essor significatif de l’étude des microalgues, poussé par la nécessité de trouver des solutions innovantes aux défis environnementaux et économiques actuels. Les microalgues prospèrent dans les environnements aquatiques, utilisant la lumière du soleil et le dioxyde de carbone comme sources d’énergie et de carbone, respectivement. Cette caractéristique en fait une alternative durable et prometteuse pour la production de divers produits de valeur. La recherche dans ce domaine s’est concentrée sur la compréhension de la physiologie et du métabolisme de ces cellules, ainsi que sur le développement de technologies efficaces pour leur culture et leur traitement2.

Il est clairement nécessaire de développer des outils accessibles et fiables pour étudier les microalgues afin d’accélérer les processus de recherche et d’approfondir la compréhension de leur physiologie, de leur métabolisme et de leurs applications potentielles. Ces outils doivent permettre d’analyser rapidement l’effet des facteurs environnementaux et de production sur des paramètres clés, tels que la concentration en chlorophylle, qui est un indicateur fondamental de la santé et du développement de ces organismes. Une diminution de la teneur en chlorophylle peut indiquer un stress environnemental, des carences nutritionnelles ou des maladies.

Ces pigments verts jouent un rôle crucial dans la photosynthèse, captant l’énergie de la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et en oxygène et constituent entre 0,5 % et 5 % de la biomasse des microalgues3. Au-delà de leur rôle essentiel dans le maintien des processus vitaux, les chlorophylles ont trouvé des applications dans diverses industries. Les extraits de chlorophylle sont utilisés dans la transformation des aliments et des boissons en tant que colorants naturels, conférant des teintes vertes vibrantes aux produits tout en offrant des propriétés antioxydantes. De plus, les suppléments à base de chlorophylle gagnent en popularité dans le secteur de la santé et du bien-être en raison de leurs effets détoxifiants et anti-inflammatoires présumés. En exploitant les propriétés multiformes de la chlorophylle, les industries peuvent développer des produits innovants qui contribuent à la fois à l’attrait visuel et au bien-être des consommateurs1.

À cet égard, une microalgue d’une grande importance biotechnologique est C. sorokiniana. Ce micro-organisme se distingue par son taux de croissance rapide, ce qui le rend très efficace dans la production de biomasse. De plus, C. sorokiniana présente un contenu diversifié de composés hautement nutritionnels, notamment des protéines, des lipides et des vitamines, ce qui le rend précieux pour diverses applications dans la production d’aliments, d’aliments pour animaux et de biocarburants2. De plus, on a constaté que cette espèce de microalgue produisait des enzymes extracellulaires aux fonctions diverses, ouvrant ainsi des possibilités pour des applications biotechnologiques telles que le traitement des eaux usées, la biorestauration et les produits pharmaceutiques4. En plus de sa croissance rapide et de ses applications polyvalentes, C. sorokiniana démontre également un potentiel important pour la production de chlorophylle. En tant que microorganisme photosynthétique, C. sorokiniana possède la machinerie nécessaire à la synthèse de la chlorophylle, qui constitue entre 0,5 % et 5 % de la biomasse des microalgues3. Cette capacité fait de C. sorokiniana un candidat attrayant pour la production de chlorophylle à l’échelle commerciale et promet d’être une solution durable aux défis environnementaux et nutritionnels urgents5.

D’autre part, une autre espèce de microalgues d’intérêt significatif est H. pluvialis. Cette microalgue est réputée pour sa production d’astaxanthine, un puissant pigment antioxydant ayant de nombreuses applications industrielles. L’astaxanthine sert de mécanisme de protection pour le photosystème de H. pluvialis , le protégeant du stress oxydatif induit par les facteurs environnementaux. Ce pigment est très recherché dans les industries cosmétiques, nutraceutiques et aquacoles, en raison de ses propriétés antioxydantes et de ses avantages potentiels pour la santé. Avec sa capacité abondante à produire de l’astaxanthine, H. pluvialis présente une piste prometteuse pour développer des produits innovants répondant à divers besoins industriels et de consommation6.

Des études récentes ont également mis en évidence le potentiel de production de chlorophylle d’Homo pluvialis1 , ce qui renforce encore son importance industrielle. Par exemple, une étude a examiné la teneur en chlorophylle de H. pluvialis dans des conditions de croissance variables et a révélé que dans des paramètres de culture optimaux, H. pluvialis présentait des taux de production de chlorophylle remarquables, dépassant ceux des autres espèces de microalgues7. Cette découverte souligne le potentiel de H. pluvialis en tant que source durable de chlorophylle, offrant de nouvelles opportunités pour son utilisation dans divers secteurs industriels.

Protocol

1. Préparation du milieu de culture et préparation de l’inoculum Préparez 1 L de milieu de croissance 3N-BBM+ V(CCAP) (macronutriments : NaNO3 [0,75 g L-1], CaCl2 [0,019 g L-1], MgSO4 [0,019 g L-1], K2HPO4 [0,057 g L-1], NaCl [0,025 g L-1], KH2PO4 [0,175 g L-1] ; oligo-éléments : Na2 EDTA [0,0186 g <sup…

Representative Results

Pour observer l’efficacité de la technique de détection des variations de la concentration cellulaire de chlorophylle et évaluer l’effet des facteurs de croissance chez C. sorokiniana, un plan expérimental Taguchi L4 a été établi, évaluant l’ajout de volume de CO2 , la couleur de la lumière et l’intensité de la lumière. Chaque facteur a été évalué à des niveaux faibles et élevés, comme le montre le tableau 1, dans …

Discussion

L’étude comparative entre H. pluvialis et C. sorokiniana a révélé des différences significatives dans la dynamique de production de chlorophylle. Alors que H. pluvialis a montré une diminution de la concentration de chlorophylle tout au long de l’expérience, C. sorokiniana a montré une augmentation constante. De plus, il y avait initialement une proportion plus faible de chlorophylle a chez les deux espèces, mais ce rapport s’es…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs remercient chaleureusement le TecNM pour son financement partiel dans le cadre de l’Appel à la recherche scientifique, au développement technologique et à l’innovation (16898.23-P) pour les Institutos Tecnologicos Federales. Ils apprécient également le soutien de l’Instituto de Ciencia, Tecnología e Innovación del Estado de Michoacán de Ocampo (FCCHTI23_ME-4.1.-0001).

Materials

C3H6O Meyer 67-64-1 Acetone 90%
15 mL tube Biologix 10-9502 Test tube
2510-DTH Branson D-73595 Sonicator
5 mL screw cap test tube Kimax 45066-13100 Test tube
50 mL centrifuge tube Biologix 10-9151 Test tube
Aluminum foil Reynolds 611 standard, 12" x 1000 feet Test tube cover 
CaCl2 Meyer 0925-250 Calcium Chloride
Centrifuge  Dynamica 14 R Centrifuge Refrigerated
CoCl2 Merck 1057-100 Cobalt dichloride
FeCl3 Merck 157740 Iron(III) Chloride
K2HPO4 Meyer 2051-250 Dipotassium Phosphate
KH2PO4 Meyer 2055-250 Monopotassium Phosphate
MgSO4 Meyer 1605-250 Magnesium Sulphate
Micropipette LabNet Model Beta-Pette Micropipette
MnCl2 Merck 429449 Manganese(II) Chloride 
Na2 EDTA  Merck 200-449-4 Edatamil, Edetato Disodium Salt Dihydrate
Na2MoO4 Merck 243655 Sodium Molybdate
NaCl Meyer 2365-500 Sodium Chloride
NaNO3 Meyer 2465-250 Sodium Nitrate
RGB LED stripe Steren GAD-LED2 Light source
Spectrophotometer PerkinElmer Model Lambda35 Spectrophotometer
spectroradiometer Gigahertz-Optik model BTS256
Vortex Scientific Industries Vortex-Genie® 2 Vortex
ZnCl2 Merck 208086 Zinc Chloride

References

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Citer Cet Article
Morales-Rivera, F. N., Torres-Momber, S., Jacuinde-Ruíz, J. C., Camacho-Arriaga, J. C., González-Hernández, J. C. Evaluation of the Effect of Growth Factors on Chlorophylls a and b Production from Microalgae. J. Vis. Exp. (212), e67208, doi:10.3791/67208 (2024).

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