Ученые БФУ имени Иммануила Канта с коллегами установили, что штамм красной микроводоросли Porphyridium sp. P-519 способен накапливать полисахариды, востребованные в пищевой и фармацевтической промышленностях. Эксперименты показали, что больше всего таких веществ водоросль производит, когда ее выращивают в среде c добавлением водопроводной воды. Кроме того, авторы подобрали метод, с помощью которого можно выделить максимум ценных полисахаридов и пигментов. Результаты исследования помогут усовершенствовать технологию выращивания Porphyridium на биотехнологических предприятиях и наладить производство природных биологически активных соединений.
В биотехнологии все чаще используют микроводоросли, чтобы производить углеводы (полисахариды), жирные кислоты, белки и пигменты, востребованные в пищевой и фармацевтической промышленности. Такие микроорганизмы-производители удобны и выгодны тем, что они не требуют сложных условий выращивания и обычно не содержат токсичных для человека веществ. Например, исследования показали, что одноклеточные красные водоросли Porphyridium могут служить источником полисахаридов с противоокислительными, противовоспалительными, противоопухолевыми и иммуностимулирующими свойствами. Однако до сих пор многие штаммы (разновидности) этой водоросли остаются плохо изученными, а потому не используются в производстве.
Исследователи из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами из Кемеровского государственного университета (Кемерово) и Пермского государственного национального исследовательского университета (Пермь) подобрали оптимальные условия для извлечения полезных веществ из штамма Porphyridium sp. P-519. Этот штамм хранится в коллекции Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН (Москва), а потому доступен российским ученым в качестве объекта исследования.
Авторы в течение месяца выращивали порфиридиум в питательных средах с разным составом и уровнем кислотности, чтобы понять, в каких условиях водоросли производят больше всего ценных биологических веществ. На следующем этапе исследователи выделили интересующие вещества несколькими способами: полисахариды с помощью спирта, а пигменты — комбинированным методом (обработкой ультразвуком и растворителями разного состава).
Оказалось, что порфиридиум накапливает большое количество полисахаридов: их вес составил 66% от общей массы клеток. При этом было важно, чтобы кислотность среды находилась в нейтральных или слабощелочных значениях: любые отклонения от них подавляли рост клеток и синтез полисахаридов. Эксперименты также показали, что штамм водоросли Porphyridium sp. P-519 активнее всего производит полисахариды в среде, основой для которой служит водопроводная вода.
Хотя мы заметили, что в среде с водопроводной водой водоросль производит максимум полисахаридов, такой подход не удастся использовать для устойчивого культивирования, ведь при нем наблюдается повышенная гибель клеток. Мы предполагаем, что в будущем можно разработать двухстадийную стратегию: сначала выращивать штамм Porphyridium sp. P-519 в стандартной среде, а затем переносить его в стрессовые условия. Однако эта гипотеза требует экспериментальной проверки, — рассказывает Станислав Сухих, доктор технических наук, директор Института естественных наук БФУ имени Иммануила Канта.
Ученые также отметили, что исследуемый штамм накапливал меньше пигментов, чем полисахаридов, — около 8% от всей массы, — и это были преимущественно фикоэритрин и аллофикоцианин. Лучше всего эти вещества удалось выделить с помощью комбинированного метода: когда образцы обработали ультразвуком и цитратным буфером. В этом случае все ценные компоненты сохранили свою природную неповрежденную структуру.
Полисахариды и пигменты из исследованного штамма потенциально можно будет использовать для создания новых противовоспалительных, антибактериальных и противоопухолевых препаратов, а также пищевых добавок. Чтобы доказать такую возможность, необходимо будет провести биологические тесты, которые подтвердят активность и безопасность этих соединений для человека, — подводит итог Станислав Сухих.
Результаты исследования опубликованы в журнале Biocatalysis and Agricultural Biotechnology
Источник: Минобрнауки России
