微細藻類からのクロロフィル a および b 産生に及ぼす成長因子の影響評価
概要
本研究は、微細藻類から脂溶性色素を抽出し定量するためにJeffreyとHumphreyによって開発された方法を採用する利点を強調しています。この方法は、これらの生物のクロロフィル産生と細胞含有量に対する成長因子の影響を評価するための貴重なツールとして機能します。
Abstract
微細藻類には、クロロフィルとカロテノイドの2つの主要な顔料グループが含まれています。クロロフィルは、光エネルギーを吸収して化学エネルギーに変換し、有機化合物の合成を促進する緑色の顔料です。この顔料は、その高い抗酸化特性と着色能力により、食品、医薬品、化粧品業界のバイオテクノロジー投入製品の貴重な一次供給源として機能します。本研究の目的は、タグチL4実験計画法による成長因子(CO2濃度、光色、光強度)の細胞増殖とクロレラ・ソロキニアナのクロロフィルaおよびbの細胞内含量に及ぼす影響を評価し、続いてヘマトコッカス・プルビアリスを用いた方法の検証を行うことであった追加の研究モデルとしての微細藻類。細胞増殖は、波長550nmの光学密度分光光度法を用いて定量化しました。クロロフィルの定量のために、純度90%のアセトン溶液を用いて細胞抽出物を得、続いて、JeffreyおよびHumphreyが記載した方法に従って、647nmおよび664nmの波長で分光光度法を用いてクロロフィルaおよびbの濃度を定量した。実験結果から、低CO2添加、紫色光、低光強度の条件を制御することで、細胞増殖と細胞内のクロロフィルaおよびbの濃度が増加することが示された。このクロロフィル定量法の実施により、使用される波長が両方のタイプのクロロフィルの吸光度ピークにあるため、クロロフィル含有量を迅速、簡単、正確に測定でき、この手法は研究中の微細藻類に対して容易に再現可能になります。
Introduction
近年、人為的な活動によって引き起こされた環境問題の増加と、それが生態系の健康とバランスに悪影響を与えるため、より効率的で環境に優しい生産システムの探求が進められています。これにより、産業界でのプロセスが加速し、バイオレメディエーション治療の実施と、これらの有害な影響を軽減するためのバイオ化合物の開発が促進されました1。
このような状況は、現在の環境的および経済的課題に対する革新的な解決策を見つける必要性に後押しされて、微細藻類の研究の大幅な成長につながっています。微細藻類は、太陽光と二酸化炭素をそれぞれエネルギー源と炭素源として使用して、水生環境で繁栄します。この特性により、彼らはさまざまな貴重な製品を生産するための持続可能で有望な代替手段となっています。この分野の研究は、これらの細胞の生理機能と代謝の理解、およびそれらの培養と加工のための効率的な技術の開発に焦点を当てています2。
微細藻類を研究するためのアクセス可能で信頼性の高いツールを開発して、研究プロセスを加速し、その生理学、代謝、および潜在的なアプリケーションの理解を深める必要があることは明らかです。これらのツールにより、これらの生物の健康と発達の基本的な指標であるクロロフィル濃度などの主要なパラメーターに対する環境要因と生産要因の影響を迅速に分析できるはずです。クロロフィル含有量の減少は、環境ストレス、栄養不足、または病気を示している可能性があります。
これらの緑色顔料は、光合成において重要な役割を果たし、太陽光エネルギーを捕捉して二酸化炭素と水をグルコースと酸素に変換し、微細藻類3のバイオマスの0.5%から5%を構成します。クロロフィルは、生命プロセスの維持に不可欠な役割を超えて、さまざまな産業で用途が見出されています。クロロフィル抽出物は、天然着色料として食品や飲料の加工に利用され、製品に鮮やかな緑の色合いを与えると同時に、抗酸化特性も提供します。さらに、クロロフィルベースのサプリメントは、解毒作用と抗炎症作用が主張されているため、健康とウェルネスの分野で人気を集めています。クロロフィルの多面的な特性を活用することで、産業界は視覚的な魅力と消費者の健康の両方に貢献する革新的な製品を開発することができます1。
この点で、バイオテクノロジーとの関連性が高い微細藻類の1つは 、C.sorokinianaです。この微生物は、その急速な増殖速度で際立っており、バイオマス生産において非常に効率的です。さらに、 C. sorokiniana は、タンパク質、脂質、ビタミンなどの多様な栄養価の高い化合物を含んでおり、食品、飼料、バイオ燃料生産のさまざまな用途に有用です2。さらに、この微細藻類種は、多様な機能を持つ細胞外酵素を産生することがわかっており、廃水処理、バイオレメディエーション、医薬品などのバイオテクノロジーへの応用の可能性が開かれています4。その急速な成長と多様な用途に加えて、 C. sorokinianaは クロロフィル生産の大きな可能性も示しています。光合成微生物として、 C. sorokiniana は、微細藻類のバイオマスの0.5%から5%を構成するクロロフィルの合成に必要な機構を持っています3。この能力により、 C. sorokiniana は商業規模のクロロフィル生産の魅力的な候補となり、緊急の環境および栄養上の課題に対する持続可能な解決策となることが期待されています5。
一方、非常に興味深い別の微細藻類種は 、H.pluvialisです。この微細藻類は、多くの工業用途を持つ強力な抗酸化色素であるアスタキサンチンの生産で有名です。アスタキサンチンは 、H. pluvialis 光化学系の保護メカニズムとして機能し、環境要因によって引き起こされる酸化ストレスから光化学系を保護します。この顔料は、その抗酸化特性と潜在的な健康上の利点により、化粧品、栄養補助食品、および水産養殖業界で非常に人気があります。アスタキサンチンを生産する豊富な能力を持つ H. pluvialis は、さまざまな産業および消費者のニーズに対応する革新的な製品を開発するための有望な道筋を示しています6。
最近の研究では、 H. pluvialis1 がクロロフィル生産の可能性も強調されており、その産業的意義がさらに高まっています。例えば、ある研究では、さまざまな成長条件下で H. pluvialis のクロロフィル含有量を調査したところ、最適な培養パラメータの下で、 H. pluvialis は他の微細藻類種を凌駕する顕著なクロロフィル産生率を示したことがわかりました7。この知見は、 H. pluvialis がクロロフィルの持続可能な供給源としての可能性を強調しており、さまざまな産業分野での利用に新たな機会を提供している。
Protocol
Representative Results
Discussion
H. pluvialisとC. sorokinianaの比較研究では、クロロフィル産生動態に有意な差があることが明らかになった。H. pluvialisは実験全体を通じてクロロフィル濃度の低下を示したが、C. sorokinianaは着実な増加を示した。さらに、当初は両種ともクロロフィルaの割合が低かったが、この比率は特定の成長条件で逆転し、これは特定の波長の選択性?…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、Institutos Tecnologicos FederalesのCall for Scientific Research, Technological Development, and Innovation(16898.23-P)の下で、TecNMから部分的な資金提供を受けたことに感謝しています。また、Instituto de Ciencia, Tecnología e Innovación del Estado de Michoacán de Ocampo (FCCHTI23_ME-4.1.-0001) からの支援にも感謝しています。
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 |
参考文献
- Khan, M. I., Shin, J. H., Kim, J. D. The promising future of microalgae: Current status, challenges, and optimization of a sustainable and renewable industry for biofuels, feed, and other products. Microb Cell Fact. 17 (1), 36 (2018).
- Otero-Paternina, A. S. M., Cruz-Casallas, P. Effect of the hydrocarbon phenanthrene on Chlorella vulgaris (Chlorellaceae) growth. Acta Biol Col. 18 (1), 87-98 (2013).
- Pancha, I., et al. Salinity-induced oxidative stress enhanced the biofuel production potential of microalgae Scenedesmus sp. CCNM 1077. Bioresour Techno. 189, 341-348 (2015).
- Ortiz, M. L., Cortés, C. E., Sánchez, J., Padilla, J., Otero, A. M. Evaluating microalgae Chlorella sorokiniana growth in different culture mediums in autotrophic and mixotrophic conditions. Orinoquia. 16 (1), 11-20 (2012).
- Camacho Kurmen, J. E., González, G., Klotz, B. Astaxanthin production in Haematococcus pluvialis under different stress conditions. Nova. 11 (19), 94-104 (2013).
- . Production of chlorophyll and astaxanthin from Haematococcus pluvialis under nitrogen deficiency stress in a 5-liter Biostat Aplus bioreactor Available from: https://repositorio.unicolmayor.edu.co/handle/unicolmayor/2735 (2019)
- Bischoff, H. W., Bold, H. C. Phycological studies IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species. University of Texas. 6318, 95 (1963).
- Cerezo, R. LED characterization through the use and programming of a spectrometer. Universidad Politécnica de. 22323, (2013).
- Couso, I., Vila, M., Vigara, J., Cordero, B. F., Vargas, M. &. #. 1. 9. 3. ;. Synthesis of carotenoids and regulation of the carotenoid biosynthesis pathway in response to high light stress in the unicellular microalga Chlamydomonas reinhardtii. Eur J Phycol. 47 (3), 223-232 (2012).
- Vera-López, F., Martínez, A. Pigments in microalgae: Functions, applications, and overproduction techniques. BioTechnology. 25 (5), 35-51 (2021).
