|
 |
|
По Материалам XIХ Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: фундаментальные и прикладные исследования», посвященной 120-летию со дня рождения А.П. Жузе Биотехнология и практическое использование водорослей Мультиомиксные аспекты поиска биотехнологически ценных штаммов диатомовых водорослей
Мальцев Е.И.1, Кривова З.В.1, Яковийчук А.В.1,2, Мальцева С.Ю.1 Yevhen I. Maltsev, Aleksandr V. Yakoviichuk, Yevhen I. Maltsev,
1Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва, Россия)
УДК 577.115.3
Использование мультиомиксного подхода для оценки биотехнологического потенциала микроводорослей представлено на примере диатомовых водорослей Nitzschia pusilla и Navicula salinicola. С помощью метода главных компонент изучено изменение содержания липидов, антиоксидантов, хлорофилла, липидов и жирных кислот в зависимости от концентрации азота и фосфора в среде культивирования. Установлено, что штамм Nitzschia pusilla mns105 характеризуется высоким содержанием ретинола и омега-3 жирных кислот, что делает его биомассу перспективным сырьем для фармацевтики и пищевой индустрии. В то же время штамм Navicula salinicola svn532 отличается повышенным уровнем накопления каротиноидов и α-токоферола, что представляет интерес для разработки технологий его промышленного культивирования в интересах агробиотехнологии. Ключевые слова: биотехнология; водоросли; метод главных компонент; метаболом
Углубленное изучение различных аспектов строения и функционирования живых организмов и накопление большого массива данных закономерно требует и их интеграции, построения новых целостных представлений о биологических системах различного уровня, синтеза традиционных и новых методов и идей, особенно для решения глобальных задач, таких как обеспечение высококачественным и экологичным продовольствием населения, используя ресурсный потенциал различных групп живых организмов, в том числе микроводорослей. Новая область научных знаний сегодня формируется с помощью омиксных технологий. Они позволяют осуществлять широкомасштабный анализ биологических систем на различных уровнях и являются новой ступенью к пониманию основ их функционирования. Данные, полученные с помощью анализа мультиомиксных аспектов (филогенетических, экологических, географических, биохимических, транзиентных), представляют высокую ценность для характеристики сложных механизмов регуляции метаболизма микроводорослей, разработки новых стратегий перенаправления метаболических путей определенных штаммов микроводорослей с целью накопления ценных для биотехнологического использования соединений. В ходе эксперимента с градиентом изменений концентраций азота и фосфора (Maltsev et al., 2023) в питательной среде ESAW (Полякова и др., 2018) проанализированы изменения ключевых характеристик метаболома (содержание липидов, хлорофиллов и их предшественников, каротиноидов, α-токоферола, ретинола, белка и состава жирных кислот) и активности антиоксидантной системы солоноводных штаммов Nitzschia pusilla Grunow и морских штаммов Navicula salinicola Hustedt. Среди штаммов Nitzschia pusilla наивысшая антиоксидантная устойчивость установлена для mns105, а наименьшая для mns7. Основной вклад в формирование антиоксидантного ответа для Nitzschia pusilla вносил ретинол, а остальные компоненты антиоксидантной защиты формировали его в меньшей мере. В связи с этим антиоксидантная активность Nitzschia pusilla mns105 была минимальной при повышенном содержании каротиноидов, α-токоферола, высокой активности ферментов антиоксидантной защиты, но при пониженной концентрации ретинола. Применение питательного стресса для штаммов Nitzschia pusilla приводило к увеличению накопления ретинола у штамма mns105. Кроме того, для mns105 установлена повышенная ненасыщенность жирных кислот, обусловленная в первую очередь содержанием омега-3. Это делает штамм mns105 перспективным продуцентом данных биопродуктов. Штамм Nitzschia pusilla mns7 характеризовался интенсивным накопление каротиноидов, при этом биотехнологический потенциал штамма был выше по сравнению с mns105, что подтверждалось высоким содержанием хлорофиллов. Для штаммов Navicula salinicola высокая антиоксидантная устойчивость зафиксирована для svn532 при достоверно не отличающейся ненасыщенности жирных кислот по сравнению с svn544. Для данной пары штаммов отмечен определяющий вклад в формирование антиоксидантной устойчивости ретинола и ферментов антиоксидантной защиты, показатели которых у штаммов были на близком уровне. Однако для Navicula salinicola svn532 весомый вклад также вносили каротиноиды и α-токоферол, на фоне повышенных концентраций которых установлена высокая антиоксидантная активность. С точки зрения биотехнологического потенциала штамм svn532 более ценен, на что указывало повышенное содержание хлорофиллов, а характер формирования антиоксидантного ответа в условиях накопительной культуры позволяет использовать его в качестве источника каротиноидов и α-токоферола. С помощью метода главных компонент были исследованы зависимости между накоплением липидов и липидной продуктивностью штаммов Nitzschia pusilla, Navicula salinicola и количеством азота в среде культивирования, интенсивностью света, продолжительностью культивирования, содержанием фосфора и соотношением N:P. Визуализация исследованных наблюдений в проекционном пространстве главных компонент с одновременным нанесением векторов различных переменных показала, что исследованные штаммы диатомовых водорослей были расположены преимущественно вдоль векторов содержания азота и фосфора и, соответственно наиболее отличаются между собой по реакции на доступность их в среде культивирования. При этом содержание липидов у исследованных штаммов достигало 39,8%, а липидная продуктивность – 55 мг/л×день. Эти максимумы наблюдались при содержании азота 0,025-0,247 г/л и фосфора – 0,0003 г/л. В целом, для изученных штаммов установлена высокая специфичность антиоксидантной активности, что детерминировано экологическими факторами природных условий обитания и специфическими характеристиками штаммов. Для дальнейшего использования в биотехнологических целях с высокой вероятностью найдет применение биомасса штамма Navicula salinicola svn532 для одновременного получения α-токоферола и каротиноидов, а также Nitzschia pusilla mns105 в качестве продуцента ретинола и полиненасыщенных жирных кислот.
Финансирование. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 23-74-10081, https://rscf.ru/project/23-74-10081/). Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 18.06.2025
Об авторах Мальцев Евгений Иванович – Yevhen I. Maltsev доктор биологических наук, доцент maltsev.ye@yandex.ru Кривова Зинаида Викторовна – Zinaida V. Krivova научный сотрудник, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва, Россия (Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia) kosiapeya@mail.ru Яковийчук Александр Владимирович – Aleksandr V. Yakoviichuk кандидат биологических наук alex.yakov1991@gmail.com Мальцева Светлана Юрьевна – Svetlana Yu. Maltseva кандидат биологических наук svetadm32@gmail.com
ССЫЛКА НА СТАТЬЮ: Мальцев Е.И., Кривова З.В., Яковийчук А.В., Мальцева С.Ю. Мультиомиксные аспекты поиска биотехнологически ценных штаммов диатомовых водорослей // Вопросы современной альгологии (Issues of modern algology). 2025. № 1–2(37–38). С. 380–383. URL: http://algology.ru/2228 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-380-383 EDN – HODYZX При перепечатке ссылка на сайт обязательна Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
Multi-omics aspects of the study for biotechnologically valuable diatom strains Yevhen I. Maltsev1, Zinaida V. Krivova1, Aleksandr V. Yakoviichuk1,2, 1Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS (Moscow, Russia)
The use of a multi-omics approach to assess the biotechnological potential of microalgae is presented using the diatoms Nitzschia pusilla and Navicula salinicola as an example. The principal component analysis was used to study changes in the content of lipids, antioxidants, chlorophyll, lipids, and fatty acids depending on the concentration of nitrogen and phosphorus in the culture medium. It was found that the Nitzschia pusilla mns105 strain is characterised by a high content of retinol and omega-3 fatty acids, which makes its biomass a promising raw material for pharmaceuticals and the food industry. At the same time, the Navicula salinicola svn532 strain is characterised by an increased level of accumulation of carotenoids and α-tocopherol, which is of interest for the development of technologies for its industrial cultivation in the interests of agrobiotechnology. Key words: biotechnology; algae; principal component analysis; metabolome
References
Authors Maltsev Yevhen I. ORCID – https://orcid.org/0000-0003-4710-319X Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia maltsev.ye@yandex.ru Krivova Zinaida V. ORCID – https://orcid.org/0000-0002-9928-4810 Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia maltsev.ye@yandex.ru Yakoviichuk Aleksandr V. ORCID – https://orcid.org/0000-0003-4667-3684 Melitopol State University, Melitopol, Russia; alex.yakov1991@gmail.com Maltseva Svetlana Yu. ORCID – https://orcid.org/0000-0002-6060-3968 Timiryazev Institute of Plant Physiology RAS, Moscow, Russia svetadm32@gmail.com
ARTICLE LINK: Maltsev Y.I., Krivova Z.V., Yakoviichuk A.V., Maltseva S.Y. Multi-omics aspects of the study for biotechnologically valuable diatom strains. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2025. № 1–2(37–38). P. 380–383. URL: http://algology.ru/2228 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2025-1(37)-380-380 EDN – HODYZX
When reprinting a link to the site is required Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor, please and we send it to you with pleasure for free.
На ГЛАВНУЮ
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
|
|
|
 | | ||
|
| ||