Name: Évaluation de l’effet des facteurs de croissance sur la production de chlorophylles A et B à partir de microalgues (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: Découvrez une méthode analytique pour quantifier les chlorophylles A et B chez Chlorella sorokiniana et Haematococcus pluvialis. Cette étude évalue l'impact de la couleur lumineuse et du CO2 sur la production de pigments.

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<meta charset="utf8"></head><body>Améliorer la production de chlorophylle chez les microalgues grâce à l’optimisation des facteurs de croissance

<ol><li>Ramírez, M. E., Rendón, L., Veléz, Y. Microalgas para la industria alimenticia. , 1ra edición, Universidad Pontífica Bolivariana. 
 <a target="_blank" href="http://hdl.handle.net/20.500.11912/2306">http://hdl.handle.net/20.500.11912/2306</a> (2013).</li>
<li>Khan, M. I., Shin, J. H., Kim, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+promising+future+of+microalgae%3A+Current+status%2C+challenges%2C+and+optimization+of+a+sustainable+and+renewable+industry+for+biofuels%2C+feed%2C+and+other+products%5BTitle%5D)+AND+%22Microb+Cell+Fact%22%5BJournal%5D)">The promising future of microalgae: Current status, challenges, and optimization of a sustainable and renewable industry for biofuels, feed, and other products.</a> Microb Cell Fact. 17 (1), 36(2018).</li>
<li>Otero-Paternina, A. S. M., Cruz-Casallas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+hydrocarbon+phenanthrene+on+Chlorella+vulgaris+%28Chlorellaceae%29+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biol+Col%22%5BJournal%5D)">Effect of the hydrocarbon phenanthrene on Chlorella vulgaris (Chlorellaceae) growth.</a> Acta Biol Col. 18 (1), 87-98 (2013).</li>
<li>Pancha, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salinity-induced+oxidative+stress+enhanced+the+biofuel+production+potential+of+microalgae+Scenedesmus+sp.+CCNM+1077%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Techno%22%5BJournal%5D)">Salinity-induced oxidative stress enhanced the biofuel production potential of microalgae Scenedesmus sp. CCNM 1077.</a> Bioresour Techno. 189, 341-348 (2015).</li>
<li>Ortiz, M. L., Cortés, C. E., Sánchez, J., Padilla, J., Otero, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluating+microalgae+Chlorella+sorokiniana+growth+in+different+culture+mediums+in+autotrophic+and+mixotrophic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Orinoquia%22%5BJournal%5D)">Evaluating microalgae Chlorella sorokiniana growth in different culture mediums in autotrophic and mixotrophic conditions.</a> Orinoquia. 16 (1), 11-20 (2012).</li>
<li>Camacho Kurmen, J. E., González, G., Klotz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Astaxanthin+production+in+Haematococcus+pluvialis+under+different+stress+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Nova%22%5BJournal%5D)">Astaxanthin production in Haematococcus pluvialis under different stress conditions.</a> Nova. 11 (19), 94-104 (2013).</li>
<li>Pérez Zambrano, E., Ayala Agudelo, Y. Production of chlorophyll and astaxanthin from Haematococcus pluvialis under nitrogen deficiency stress in a 5-liter Biostat Aplus bioreactor. , Universidad Colegio Mayor de Cundinamarca. 
 <a target="_blank" href="https://repositorio.unicolmayor.edu.co/handle/unicolmayor/2735">https://repositorio.unicolmayor.edu.co/handle/unicolmayor/2735</a> (2019).</li>
<li>Bischoff, H. W., Bold, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phycological+studies+IV.+Some+soil+algae+from+Enchanted+Rock+and+related+algal+species%5BTitle%5D)+AND+%22University+of+Texas%22%5BJournal%5D)">Phycological studies IV. Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species.</a> University of Texas. 6318, 95(1963).</li>
<li>Cerezo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LED+characterization+through+the+use+and+programming+of+a+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22Universidad+Polit%C3%A9cnica+de%22%5BJournal%5D)">LED characterization through the use and programming of a spectrometer.</a> Universidad Politécnica de. 22323, (2013).</li>
<li>Arredondo, B. O. Analytical methods and tools for microalgal biomass evaluation. , CIBNOR. México. 
 <a target="_blank" href="http://dspace.cibnor.mx:8080/handle/123456789/1403">http://dspace.cibnor.mx:8080/handle/123456789/1403</a> (2017).</li>
<li>Couso, I., Vila, M., Vigara, J., Cordero, B. F., Vargas, M. Á <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+carotenoids+and+regulation+of+the+carotenoid+biosynthesis+pathway+in+response+to+high+light+stress+in+the+unicellular+microalga+Chlamydomonas+reinhardtii%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Phycol%22%5BJournal%5D)">Synthesis of carotenoids and regulation of the carotenoid biosynthesis pathway in response to high light stress in the unicellular microalga Chlamydomonas reinhardtii.</a> Eur J Phycol. 47 (3), 223-232 (2012).</li>
<li>Vera-López, F., Martínez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pigments+in+microalgae%3A+Functions%2C+applications%2C+and+overproduction+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22BioTechnology%22%5BJournal%5D)">Pigments in microalgae: Functions, applications, and overproduction techniques.</a> BioTechnology. 25 (5), 35-51 (2021).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>C3H6O</td><td>Meyer</td><td>67-64-1</td><td>Acétone Tube à 90%</td></tr><tr><td>15 mL</td><td>Biologix</td><td>10-9502</td><td>Tube à essai</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>Branson</td><td>D-73595</td><td>Sonicator</td></tr><tr><td>5 mL bouchon à vis tube à essai</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>Tube à</td></tr><tr><td>essai 50 mL tube à centrifuger</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td>Tube à essai</td></tr><tr><td>Feuille d’aluminium</td><td>Reynolds</td><td>611 standard, 12" x 1000 pieds</td><td>Couvercle de tube à essai&nbsp ;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>Centrifugeuse de chlorure de calcium</td></tr><tr><td>&nbsp ;</td><td>Centrifugeuse Dynamica</td><td>14 R</td><td>Réfrigérée</td></tr><tr><td>CoCl2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>Dichlorure de cobalt</td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>Chlorure de fer(III)</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>Phosphate dipotassique</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>Phosphate monopotassique</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td>Micropipette au sulfate de magnésium</td></tr><tr><td></td><td>Modèle LabNet</td><td>Micropipette</td><td>Beta-Pette</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td>429449</td><td>Chlorure de manganèse(II)&nbsp ;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp ;</td><td>Merck</td><td>200-449-4</td><td>Edatamil, Edetato, Sel disodique Dihydraté</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>Merck</td><td>243655</td><td>Molybdate de sodium</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Meyer</td><td>2365-500</td><td>Chlorure de sodium</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>Nitrate de sodium</td></tr><tr><td>RGB Bande LED</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>Light source</td></tr><tr><td>Spectrophotomètre</td><td>PerkinElmer</td><td>Modèle Lambda35</td><td>Spectrophotomètre</td></tr><tr><td>Spectroradiomètre</td><td>Gigahertz-Optik</td><td>modèle BTS256</td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>Scientific Industries</td><td>Vortex-Genie&reg ; 2</td><td>Vortex</td></tr><tr><td>ZnCl2</td><td>Merck</td><td>208086</td><td>Chlorure de zinc</td></tr></tbody></table>

Évaluation de l’effet des facteurs de croissance sur la production de chlorophylles a et b à partir de microalgues

Evaluation of the Effect of Growth Factors on Chlorophylls a and b Production from Microalgae

Pour observer l’efficacité de la technique de détection des variations de la concentration cellulaire de chlorophylle et évaluer l’effet des facteurs de croissance chez C. sorokiniana, un plan expérimental Taguchi L4 a été établi, évaluant l’ajout de volume de CO2 , la couleur de la lumière et l’intensité de la lumière. Chaque facteur a été évalué à des niveaux faibles et élevés, comme le montre le tableau 1, dans les conditions définies par le plan d’expérience au tableau 2.
Une fois le processus expérimental terminé, les résultats ont montré que la combinaison d’un faible ajout de CO2, d’une lumière violette et d’une intensité lumineuse élevée (C1, P, I2) correspondant au traitement 2, augmentait la croissance microbienne à 7,83 x 105 cellules mL-1. D’autre part, la teneur en chlorophylle était plus élevée dans le traitement 4 dans les conditions C2, P, I2, atteignant une concentration de 5,92 x 10-7 μg cel-1 à 132 h (Figure 1) coïncidant avec la lumière violette et une intensité lumineuse élevée comme niveaux optimaux des facteurs dans les deux expériences.
Dans le même temps, un comportement similaire a été observé sur les quatre lignées évaluées. Cependant, une nette faveur a été observée dans les tests menés sous lumière violette. Ce modèle suggère que la lumière violette peut avoir un impact positif sur les résultats, favorisant potentiellement des conditions optimales pour la croissance ou l’activité cellulaire. Ces résultats soulignent l’importance d’examiner attentivement les conditions d’éclairage dans les expériences biologiques.
À partir de l’analyse statistique, le graphique des effets principaux a été obtenu. La figure 2 montre comment chaque niveau des facteurs évalués influence la production de chlorophylle chez C. sorokiniana. Les meilleures conditions pour la production de chlorophylle étaient un ajout élevé de CO2, une lumière violette et une intensité lumineuse élevée (C2, P, I2), où la couleur et la concentration de dioxyde de carbone montrent des valeurs de signification très proches, tandis que l’intensité lumineuse montre un effet significatif plus faible sur les variables de réponse évaluées.
De plus, un diagramme de contraste a été généré (Figure 3), montrant le comportement de la concentration cellulaire en chlorophylle en fonction de l’effet de l’ajout de volume de CO2 et de la couleur de la lumière à laquelle ils étaient soumis.
Il a été observé que la lumière violette (un mélange de lumière bleue et rouge) et une intensité lumineuse élevée favorisent significativement la croissance microbienne et la production de chlorophylle. Pendant ce temps, un ajout élevé de CO2 influence les deux paramètres positivement et négativement, respectivement, car il augmente la concentration cellulaire de chlorophylle au maximum pendant l’expérience, mais entrave la croissance microbienne. Cependant, on remarque que sous la lumière violette, un ajout de volume de CO2 de 20 s d’impulsions de CO2 toutes les 12 h à un débit de 8,5 ft³ h-1 permet une réponse favorable pour les deux paramètres.
Pour valider la méthode et les résultats obtenus chez C. sorokiniana, un test de confirmation au niveau du ballon a été effectué sur H. pluvialis sous lumière rouge en raison de sa caractéristique naturelle de dégradation de la chlorophylle pour synthétiser l’astaxanthine dans des conditions de stress, qui ont été induites à 168 h par l’augmentation de la salinité du milieu. Un graphique de concentration a été généré (figure 4) où la concentration maximale de chlorophylle a été obtenue à 0 h avec 1,41 x 10-7 μg cel-1. Dans ce cas, en raison du comportement naturel des microalgues, une diminution de la concentration en chlorophylle a été observée, suggérant des changements physiologiques potentiels dans le modèle biologique étudié. Ceci est illustré plus en détail à la figure 5, qui montre une micrographie de C. sorokiniana (figure 5A) et deux micrographies de H. pluvialis : une en phase verte (figure 5B) et une en phase de changement et de production d’astaxanthine (figure 5C). Il est intéressant de noter que, malgré ce déclin, aucune interférence ne s’est produite à cause de la présence de composés caroténoïdes, qui sont, à leur tour, des pigments liposolubles présents en eux ; Il s’agit d’une preuve solide de la sélectivité et de la reproductibilité de la technique chez des microalgues aux capacités et comportements divers.
Le graphique illustre une diminution de la concentration totale de chlorophylle tout au long de l’expérience. Notamment, il y a une augmentation de la chlorophylle a par rapport à la chlorophylle b à 50 h, où la concentration de chlorophylle b diminue considérablement. La baisse la plus importante de la concentration de chlorophylle se produit à la fin de la phase de croissance exponentielle. Cette diminution est attribuée à la production de caroténoïdes chez H. pluvialis.
De même, l’analyse de la composition en chlorophylle a et b a été réalisée pour le traitement avec la production la plus élevée de C. sorokiniana (C1, P, I2) sur la figure 6. Contrairement à H. pluvialis, la production de chlorophylles a montré une augmentation constante tout au long de la période d’expérimentation, qui a été analysée uniquement pendant la phase exponentielle. On observe que, comme pour H. pluvialis, la chlorophylle a est initialement présente en proportions inférieures à celle de la chlorophylle b au début de l’expérience ; Cependant, ces proportions subissent un changement notable à la marque des 50 h, la chlorophylle A affichant un taux de production plus élevé que la chlorophylle B par la suite.
La technique analytique employée dans cette étude s’est avérée efficace pour détecter les changements au sein d’un modèle biologique et entre différents modèles biologiques. Ces résultats soulignent la sensibilité et la précision de la méthode analytique, permettant une compréhension nuancée de la dynamique de la chlorophylle au sein et entre les systèmes biologiques. De telles informations sont inestimables pour démêler les mécanismes complexes qui régissent la synthèse et le métabolisme des pigments, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles avancées dans la recherche biotechnologique et environnementale.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> Figure 1 : Contenu cellulaire de la chlorophylle dans le cadre de traitements de conception expérimentale. Contenu cellulaire en chlorophylle mesuré chez Chlorella sorokiniana à travers différents traitements expérimentaux. Les données sont présentées sous forme d’écart-type pour n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> Figure 2 : Graphique des effets principaux pour la teneur cellulaire en chlorophylle. Graphique des effets principaux illustrant l’impact de différents traitements sur la teneur en chlorophylle cellulaire chez Chlorella sorokiniana. Les données sont présentées sous forme d’écart-type pour n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> Figure 3 : Courbe de niveau de la concentration cellulaire en chlorophylle. Graphique de contour montrant la relation entre la concentration cellulaire de chlorophylle, la concentration de CO2 et la couleur de la lumière. La couleur de la lumière est représentée par l’axe 1 en bleu et l’axe 2 en violet, les niveaux intermédiaires indiquant l’ajout de lumière rouge. Les données sont présentées sous forme d’écart-type pour n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> Figure 4 : Concentration en chlorophylle pendant la cinétique de croissance de H. pluvialis. Concentration en chlorophylle mesurée sur la cinétique de croissance d’Haematococcus pluvialis. Les données sont présentées sous forme d’écart-type pour n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> Figure 5 : Micrographies de C. sorokiniana et H. pluvialis. Des images micrographiques de Chlorella sorokiniana (A) et d’Haematococcus pluvialis, illustrant un spécimen dans la phase verte (B) et un autre dans la phase rouge précoce (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> Figure 6 : Concentration en chlorophylle pendant la cinétique de croissance de C. sorokiniana. Concentration en chlorophylle mesurée sur la cinétique de croissance de Chlorella sorokiniana. Les données sont présentées sous forme d’écart-type pour n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Facteur</td>
			<td>Niveau bas</td>
			<td>Haut niveau</td>
		</tr><tr><td>Ajout de CO2 (L)</td>
			<td>C1</td>
			<td>C2</td>
		</tr><tr><td>Couleur de la lumière</td>
			<td>Bleu (B)</td>
			<td>Violet (P)</td>
		</tr><tr><td>Intensité lumineuse (Lux)</td>
			<td>J1</td>
			<td>J2</td>
		</tr></tbody></table>Tableau 1 : Facteurs et niveaux de cinétique. Aperçu des facteurs cinétiques et de leurs niveaux respectifs : C1 = 0,078 L ; C2 = 0,15 L ; B = Lumière bleue ; P = Lumière violette ; I1 = 550 lux ; I2 = 1200 lux.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2">Traitement</td>
			<td>Ajout de CO2 </td>
			<td rowspan="2">Couleur de la lumière</td>
			<td rowspan="2">Intensité lumineuse (Lux)</td>
		</tr><tr><td>(L)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>C1</td>
			<td>B</td>
			<td>J1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>C1</td>
			<td>P</td>
			<td>J2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>C2</td>
			<td>B</td>
			<td>J1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>C2</td>
			<td>P</td>
			<td>J2</td>
		</tr></tbody></table>Tableau 2 : Conception expérimentale et traitements. Résumé de la conception expérimentale et des traitements appliqués : C1 = 0,078 L ; C2 = 0,15 L ; B = Lumière bleue ; P = Lumière violette ; I1 = 550 lux ; I2 = 1200 lux.
Fichier supplémentaire 1 : Données de quantification cellulaire. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.</a>

Évaluation de l’effet des facteurs de croissance sur la production de chlorophylles A et B à partir de microalgues

Microalgae contain two main groups of pigments: chlorophylls and carotenoids. Chlorophyll is a green pigment that absorbs light energy and transforms it ...

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