Блог

Nov 14, 2023

Новый взгляд на выращивание Euglena gracilis в условиях длительного выращивания.

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7123 (2023) Цитировать эту статью

577 Доступов

Подробности о метриках

Это исследование было направлено на изучение физиологических реакций Euglena gracilis (E. gracilis) при полунепрерывном N-голодании (N-) в течение длительного периода в открытых прудах. Результаты показали, что скорость роста E. gracilis в условиях N- (11 ± 3,3 гм-2 сут-1) была выше на 23% по сравнению с N-достаточным (N+, 8,9 ± 2,8 гм-2 сут-1). ) состояние. Кроме того, содержание парамилона в E.gracilis превышало 40% (мас./мас.) сухой биомассы в состоянии N- по сравнению с состоянием N+ (7%). Интересно, что E. gracilis демонстрировал одинаковое количество клеток независимо от концентрации азота через определенный момент времени. Кроме того, он продемонстрировал относительно меньший размер клеток с течением времени и не затронул фотосинтетический аппарат в условиях N-. Эти результаты позволяют предположить, что существует компромисс между ростом клеток и фотосинтезом у E. gracilis, поскольку он адаптируется к полунепрерывным условиям N- без снижения скорости роста и продуктивности парамилона. Примечательно, что, насколько известно автору, это единственное исследование, в котором сообщается о высокой биомассе и накоплении продуктов штаммом E. gracilis дикого типа в условиях N-. Эта недавно выявленная долгосрочная адаптационная способность E. gracilis может предложить многообещающее направление для водорослевой промышленности для достижения высокой производительности, не полагаясь на генетически модифицированные организмы.

Euglena gracilis — одноклеточная пресноводная подвижная водоросль, принадлежащая к семейству протистов. С момента своего открытия в 1660-х годах1 она привлекла к себе значительное внимание. E.gracilis является важным модельным организмом для понимания механизмов фотосинтеза и эукариотических клеточных процессов благодаря своим уникальным свойствам организации пластид и хлоропластов2,3. В условиях аэробного освещения E. gracilis подвергается фотосинтезу и сохраняет свою энергию в форме запасного полисахарида, неразветвленного β-1-3-глюкана, известного как парамилон3,4. В анаэробных темных условиях E. gracilis превращает парамилон в сложные эфиры воска. Это одноцепочечные липиды, состоящие из насыщенных жирных кислот (миристиновая кислота C14:0, пальмитиновая кислота C16:0 и стеариновая кислота C18:0) и спиртов (миристиловый спирт)4. Применение E. gracilis и его биопродуктов (парамилона и восковых эфиров) находят применение в различных областях, таких как пищевая клетчатка, лечение диабета, улучшение микробиоты кишечника, пищевые добавки и биотопливо5,6,7. Благодаря широкому спектру применения E. gracilis зарекомендовала себя как многообещающая промышленная микроводоросль. Некоторые отрасли, использующие водоросли, используют их для крупномасштабного производства продуктов питания, товаров медицинского назначения и биотоплива3.

Водорослевая индустрия сталкивается с постоянной проблемой достижения высокой продуктивности биомассы и биопродуктов при низких эксплуатационных расходах. Хотя водоросли потенциально полезны в таких областях, как производство биотоплива, очистка сточных вод, улавливание углерода и смягчение последствий изменения климата, их продуктивность остается давним барьером для отрасли8,9,10. Хотя регулирование условий окружающей среды и питательных веществ может способствовать образованию биопродуктов, это часто приводит к снижению продуктивности биомассы7. В случае E. gracilis парамилон считается ценным биопродуктом. Его накопление наблюдалось в различных условиях, таких как нехватка питательных веществ, высокая соленость, электрическая стимуляция, совместное культивирование с бактериями и гетеротрофное культивирование5,11,12,13,14,15,16. Исследователи также предприняли попытку генетической модификации для улучшения продуктивности и содержания парамилона в E. gracilis17,18. Несмотря на такие усилия по увеличению производства биомассы и биопродуктов, всегда приходится платить высокую цену с точки зрения технологий или воздействия на окружающую среду.

Азотное голодание или ограничение (N-) является экономически эффективным и безопасным методом лечения, вызывающим накопление биопродуктов у E. gracilis19. Лечение вызывает метаболические изменения, которые усиливают рециркуляцию (фотосинтетически фиксированного) углерода из белков в компоненты хранения, такие как липиды или крахмал, что приводит к механизму накопления энергии20,21,22. Однако продуктивность биомассы обычно снижается в условиях N- по сравнению с контрольными условиями22,23,24. Различные исследования обработки азота, такие как промежуточное добавление, двухэтапное, полунепрерывное и последовательное азотное голодание, были проведены для улучшения как биомассы, так и продуктивности липидов25,26,27,28,29. Тем не менее, эта тема требует дальнейшего освещения. Недавнее исследование хлореллы с использованием двухэтапного азотного голодания в периодических культурах оказалось эффективным способом поддержания высокой биомассы, богатой липидами29. На E. gracilis было проведено всего несколько исследований, которые показали, что продуктивность биомассы организмов снижается в условиях ограниченного азота29,30,31,32. Лишь немногим исследованиям генетически модифицированных штаммов удалось достичь как высокой биомассы, так и накопления биопродуктов в условиях ограничения N17,33. Однако необходимы дополнительные исследования для повышения эффективности стратегии обработки азота для одновременного достижения высокой продуктивности биомассы и биопродукта.