Каротиногенез в клетках Haematococcus pluvialis при совместном действии избытка NаCl в среде культивирования и света высокой интенсивности

Исследованы параметры роста и развития микроводоросли Haematococcus pluvialis, а также процесс каротиногенеза, включая пигментный состав и экспрессию ключевых генов биосинтеза астаксантина, в клетках водоросли в условиях совместного действия света высокой интенсивности и избытка NaCl в среде культивирования. Установлено, что сочетание избытка NaCl в среде культивирования Haematococcus pluvialis, инициированного на стадии покоя микроводоросли, и действия света высокой интенсивности не является эффективным способом индукции накопления астаксантина в клетках Haematococcus pluvialis. Выявлено снижение уровня экспрессии одного из ключевых генов каротиногенеза, кодирующего фитоинсинтазу, в таких условиях. В то же время установлено, что совместное действие света высокой интенсивности и избытка NaCl приводит к повышению доли более ценных с точки зрения биотехнологии цисизомеров астаксантина в общем пуле пигмента.

1. Astaxanthin, a carotenoid with potential human health and nutrition / G. Hussein [et al.] // J. Nat. Prod. - 2006. -Vol. 69, N 3. - P. 443-449. https://doi.org/10.1021/np050354+

2. Lorenz, R. T. Commercial potential for Haematococcus pluvialis as a natural source of astaxanthin / R. T. Lorenz, G. R. Cysewski // Trends Biotechnol. - 2000. - Vol. 18, N 4. - P. 160-167. https://doi.org/10.1016/s0167-7799(00)01433-5

3. Naguib, Y. M. A. Antioxidant activities of astaxanthin and related carotenoids / Y. M. A. Naguib // J. Agr. Food Chem. -2000. - Vol. 48, N 4. - P. 1150-1154. https://doi.org/10.1021/jf991106k

4. del Campo, J. A. Outdoor cultivation of microalgae for carotenoid production: current state and perspectives / J. A. del Campo, M. Garda-Gonzalez, M. G. Guerrero // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2007. - Vol. 74, N 6. - P 1163-1174. https://doi.org/10.1007/s00253-007-0844-9

5. Spiller, G.A. Safety of an astaxanthin-rich Haematococcus pluvialis algal extract: a randomized clinical trial / G. A. Spiller, A. Dewell // J. Med. Food. - 2003. - Vol. 6, N 1. - P. 51-56. https://doi.org/10.1089/109662003765184741

6. Our history [Electronic resource] // AstaReal. - Mode of access: https://www.astareal.com/en/history/. - Date of access: 20.04.2021.

7. Cyanotech - Whole Health through Hawaiian microalgae [Electronic resource] // Cyanotech. - Mode of access: www.cyanotech.com. - Date of access: 20.04.2021.

8. Одноклеточные водоросли как возобновляемый биологический ресурс / Г. С. Минюк [и др.] // Мор. экол. журн. -2008. - Т. 7, № 2. - С. 5-23.

9. Micro- and macro-algae: utility for industrial applications. Outputs from EPOBIO project / A. S. Carlsson [et al.]. -Chippenham : CPL Press, 2007. - 86 p.

10. Commercial applications of microalgae / P. Spolaore [et al.] // J. Biosci. Bioeng. - 2006. - Vol. 101, N 2. - P. 87-96. https://doi.org/10.1263/jbb.101.87

11. Влияние NaCl на продуктивность водоросли Haematococcus pluvialis и содержание в ее клетках фотосинтетических пигментов, активных форм кислорода и астаксантина / Н. Г Аверина [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларуст Сер. бiял. навук. - 2018. - Т. 63, № 3. - С. 263-275.

12. Печенкина, Е. И. Влияние фотосенсибилизатора бенгальского розового на продуктивность и пигментный состав Haematococcus pluvialis / Е. И. Печенкина, Т. В. Самович, Н. В. Козел // Журн. Белорус. гос. ун-та. Биология. -2021. - № 1. - С. 58-69.

13. Каталог генетического фонда хозяйственно полезных видов водорослей / С. С. Мельников [и др.]. - Минск : Беларус. навука, 2011. - 101 с.

14. Rudic, V. Process for cultivation of green alga Haeamatococcus pluvialis (Flotow) / V. Rudic, T. Dudnicenco. - 2000. -MD Patent Nr. a 2000 0154.

15. Rodriguez-Amaya, D. B. HarvestPlus handbook for carotenoid analysis / D. B. Rodriguez-Amaya, M. Kimura. -Washington : HarvestPlus, 2004. - 63 p.

16. The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC-chromatography, visible and mass spectroscopy studies / S. V. Milenkovic [et al.] // Adv. Technol. - 2012. - Vol. 1. - P 16-24.

17. Forni, E. HPLC separation and fluorimetric estimation of chlorophylls and pheophytins in fresh and frozen peas / E. Forni, M. Ghezzi, A. Polesello // Chromatography. - 2012. - Vol. 26. - P. 120-124. https://doi.org/10.1007/BF02268135

18. Yuan, J.-P. Hydrolysis kinetics of astaxanthin esters and stability of astaxanthin of Haematococcus pluvialis during saponification / J.-P. Yuan, F. Chen // J. Agr. Food Chem. - 1999. - Vol. 47, N 1. - P. 31-35. https://doi.org/10.1021/jf980465x

19. Livak, K. J. Analysis of relative gene expression data using realtime quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method / K. J. Livak, T. D. Schmittgen // Methods. - 2001. - Vol. 25, N 4. - P. 402-408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262

20. Kakizono, T. Effect of carbon/nitrogen ratio on encystment accompanied with astaxantin formation in a green alga, Haematococcus pluvialis / T. Kakizono, M. Kobayashi, S. Nagai // J. Ferment. Bioeng. - 1992. - Vol. 74, N 6. - P. 403-405. https://doi.org/10.1016/0922-338X(92)90041-R

21. Lerfall, J. Effect of high pressure processing on astaxanthin stability / J. Lerfall, S. Birkeland // Int. J. Food Sci. Tech. -2014. - Vol. 49, N 1. - P. 294-297. https://doi.org/10.1111/ijfs.12271

22. Efficient and environmentally friendly method for carotenoid extraction from Paracoccus carotinifaciens utilizing naturally occurring Z-isomerization-accelerating catalysts / M. Honda [et al.] // Process Biochem. - 2019. - Vol. 89. -P. 146-154. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2019.10.005

23. Rapid and efficient conversion of all-E-astaxanthin to 9Z- and 13Z-isomers and assessment of their stability and antioxidant activities / C. Yang [et al.] // J. Agr. Food Chem. - 2017. - Vol. 65, N 4. - P. 818-826. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6b04962

24. Anti-inflammatory effects of different astaxanthin isomers and the roles of lipid transporters in the cellular transport of astaxanthin isomers in Caco-2 cell monolayers / C. Yang [et al.] // Agr. Food Chem. - 2019. - Vol. 67, N 22. - P. 6222-623 1 . https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b02102

25. Improved carotenoid processing with sustainable solvents utilizing z-isomerization-induced alteration in physicochemical properties: a review and future directions / M. Honda [et al.] // Molecules. - 2019. - Vol. 24, N 11. - P. 2149. https://doi.org/10.3390/molecules24112149

26. Consumption of oxygen by astaxanthin biosynthesis: a protective mechanism against oxidative stress in Haematococcus pluvialis (Chlorophyceae) / Y. Li [et al.] // J. Plant Physiol. - 2008. - Vol. 165, N 17. - P. 1783-1797. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2007.12.007

27. Steinbrenner, J. Regulation of two carotenoid biosynthesis genes coding for phytoene synthase and carotenoid hydroxylase during stress-induced astaxanthin formation in the green alga Haematococcus pluvialis / J. Steinbrenner, H. Linden // Plant Physiol. - 2001. - Vol. 125, N 2. - P. 810-817. https://doi.org/10.1104/pp.125.2.810