Name: Valutazione delleffetto dei fattori di crescita sulla produzione di clorofille a e b dalle microalghe (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: Scopri come i fattori di crescita influenzano la produzione di clorofille a e b in Chlorella sorokiniana e Haematococcus pluvialis. Questo metodo analitico combina tecniche sperimentali e modellazione computazionale per ottimizzare i processi biotecnologici.

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<meta charset="utf8"></head><body>Migliorare la produzione di clorofilla nelle microalghe attraverso l'ottimizzazione del fattore di crescita

<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>Acetone 90%</td></tr><tr><td>15 mL provetta</td><td>Biologix</td><td>10-9502</td><td>Provetta</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>Branson</td><td>D-73595</td><td>Sonicatore</td></tr><tr><td>5 mL provetta con tappo a vite</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>Provetta</td></tr><tr><td>50 mL provetta da centrifuga</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td>Provetta</td></tr><tr><td>Foglio di alluminio</td><td>Reynolds</td><td>611 standard, 12" x 1000 piedi</td><td>Coperchio della provetta&nbsp;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>Centrifuga di cloruro di calcio</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Dynamica</td><td>14 R</td><td>Centrifuga Refrigerata</td></tr><tr><td>CoCl2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>Dicloruro di cobalto</td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>Cloruro di ferro (III)</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>Fosfato dipotassico</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>Fosfato monopotassico</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td>Micropipetta di solfato di magnesio</td></tr><tr><td></td><td>Modello LabNet</td><td>Micropipetta</td><td>Beta-Pette</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td></td><td>429449 Cloruro di manganese (II)&nbsp;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp;</td><td>Merck</td><td>200-449-4</td><td>Edatamil, Edetato Sale disodico diidrato</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>Merck</td><td></td><td>243655 Molibdato di sodio</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Meyer</td><td>2365-500</td><td>Cloruro di sodio</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>Nitrato di sodio</td></tr><tr><td>RGB Striscia LED</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>Luce fonte</td></tr><tr><td>Spettrofotometro</td><td>PerkinElmer</td><td>Modello Lambda35</td><td>Spettrofotometro</td></tr><tr><td>spettroradiometro</td><td>Gigahertz-Optik</td><td>modello 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>Cloruro di zinco</td></tr></tbody></table>

valutazione dell'effetto dei fattori di crescita sulla produzione di clorofille a e b dalle microalghe

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

Per osservare l'efficienza della tecnica che rileva le variazioni nella concentrazione cellulare di clorofilla e valutare l'effetto dei fattori di crescita in C. sorokiniana, è stato stabilito un disegno sperimentale Taguchi L4 , che valuta l'aggiunta di volume di CO2 , il colore della luce e l'intensità della luce. Ogni fattore è stato valutato a livelli bassi e alti, come mostrato nella Tabella 1, nelle condizioni definite dal disegno sperimentale nella Tabella 2.
Una volta concluso il processo sperimentale, i risultati hanno mostrato che la combinazione di bassa aggiunta di CO2, luce viola e alta intensità luminosa (C1, P, I2) corrispondente al trattamento 2, ha aumentato la crescita microbica a 7,83 x 105 cellule mL-1. D'altra parte, il contenuto di clorofilla era più alto nel trattamento 4 nelle condizioni C2, P, I2, raggiungendo una concentrazione di 5,92 x 10-7 μg cel-1 a 132 ore (Figura 1) in coincidenza con la luce viola e l'alta intensità luminosa come livelli ottimali dei fattori in entrambe le esperienze.
Allo stesso tempo, un comportamento simile è stato osservato nelle quattro linee valutate. Tuttavia, è stato osservato un chiaro favore nei test condotti sotto la luce viola. Questo modello suggerisce che la luce viola può avere un impatto positivo sui risultati, promuovendo potenzialmente le condizioni ottimali per la crescita o l'attività cellulare. Questi risultati sottolineano l'importanza di considerare attentamente le condizioni di illuminazione negli esperimenti biologici.
Dall'analisi statistica è stato ottenuto il grafico degli effetti principali. Nella Figura 2, si può osservare come ogni livello dei fattori valutati influenzi la produzione di clorofilla in C. sorokiniana. Le migliori condizioni per la produzione di clorofilla erano l'elevata aggiunta di CO2, la luce viola e l'alta intensità luminosa (C2, P, I2), dove il colore e la concentrazione di anidride carbonica mostrano valori di significatività molto vicini, mentre l'intensità della luce mostra un effetto significativo inferiore sulle variabili di risposta valutate.
Inoltre, è stato generato un diagramma di contrasto (Figura 3), che mostra il comportamento della concentrazione di clorofilla cellulare in base all'effetto dell'aggiunta di volume di CO2 e al colore della luce a cui sono stati sottoposti.
È stato osservato che la luce viola (una miscela di luce blu e rossa) e un'elevata intensità luminosa promuovono significativamente la crescita microbica e la produzione di clorofilla. Nel frattempo, un'elevata aggiunta di CO2 influenza entrambi i parametri rispettivamente positivamente e negativamente, poiché aumenta la concentrazione cellulare di clorofilla al massimo durante la sperimentazione, ma ostacola la crescita microbica. Tuttavia, è evidente che sotto la luce viola, un'aggiunta di volume di CO2 di 20 impulsi s di CO2 ogni 12 ore a una velocità di flusso di 8,5 ft³ h-1 consente una risposta favorevole per entrambi i parametri.
Per convalidare il metodo e i risultati ottenuti da C. sorokiniana, è stato condotto un test di conferma a livello di fiaschetta su H. pluvialis sotto luce rossa a causa della sua caratteristica naturale di degradare la clorofilla per sintetizzare l'astaxantina in condizioni di stress, che sono state indotte a 168 ore aumentando la salinità del mezzo. È stato generato un grafico della concentrazione (Figura 4) in cui la concentrazione massima di clorofilla è stata ottenuta a 0 h con 1,41 x 10-7 μg cel-1. In questo caso, a causa del comportamento naturale delle microalghe, è stata osservata una diminuzione della concentrazione di clorofilla, suggerendo potenziali cambiamenti fisiologici nel modello biologico in esame. Ciò è ulteriormente illustrato nella Figura 5, che mostra una micrografia di C. sorokiniana (Figura 5A) e due micrografie di H. pluvialis: una nella fase verde (Figura 5B) e una nella fase di cambiamento e produzione di astaxantina (Figura 5C). È interessante notare che, nonostante questo declino, non si è verificata alcuna interferenza dalla presenza di composti carotenoidi, che sono, a loro volta, pigmenti liposolubili presenti in essi; Questa è una forte prova della selettività e riproducibilità della tecnica in microalghe con diverse capacità e comportamenti.
Il grafico mostra una diminuzione della concentrazione totale di clorofilla durante l'esperimento. In particolare, c'è un aumento della clorofilla a rispetto alla clorofilla b a 50 ore, dove la concentrazione di clorofilla b diminuisce in modo significativo. Il calo più sostanziale della concentrazione di clorofilla si verifica alla fine della fase di crescita esponenziale. Questa diminuzione è attribuita alla produzione di carotenoidi in H. pluvialis.
Allo stesso modo, l'analisi della composizione della clorofilla a e b è stata condotta per il trattamento con la più alta produzione di C. sorokiniana (C1, P, I2) nella Figura 6. Contrariamente a H. pluvialis, la produzione di clorofille ha mostrato un aumento consistente durante l'intero periodo di sperimentazione, che è stato analizzato solo durante la fase esponenziale. Si osserva che, in modo simile a H. pluvialis, la clorofilla a è inizialmente presente in proporzioni inferiori rispetto alla clorofilla b all'inizio dell'esperimento; Tuttavia, queste proporzioni subiscono un notevole cambiamento a 50 ore, con la clorofilla A che mostra un tasso di produzione più elevato rispetto alla clorofilla B in seguito.
La tecnica analitica impiegata in questo studio si è dimostrata efficiente nel rilevare i cambiamenti all'interno di un modello biologico e tra diversi modelli biologici. Questi risultati sottolineano la sensibilità e la precisione del metodo analitico, consentendo una comprensione sfumata delle dinamiche della clorofilla all'interno e tra i sistemi biologici. Tali intuizioni sono preziose per svelare gli intricati meccanismi che regolano la sintesi e il metabolismo dei pigmenti, aprendo la strada a ulteriori progressi nella ricerca biotecnologica e ambientale.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> Figura 1: Contenuto cellulare di clorofilla in trattamenti sperimentali. Contenuto cellulare di clorofilla misurato in Chlorella sorokiniana in diversi trattamenti sperimentali. Dati presentati come deviazione standard per n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> Figura 2: Grafico degli effetti principali per il contenuto di clorofilla cellulare. Grafico degli effetti principali che illustra l'impatto di diversi trattamenti sul contenuto di clorofilla cellulare in Chlorella sorokiniana. Dati presentati come deviazione standard per n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> Figura 3: Diagramma di contorno della concentrazione cellulare di clorofilla. Grafico di contorno che mostra la relazione tra la concentrazione di clorofilla cellulare, la concentrazione di CO2 e il colore della luce. Il colore della luce è rappresentato con l'asse 1 blu e l'asse 2 viola, con livelli intermedi che indicano l'aggiunta di luce rossa. Dati presentati come deviazione standard per n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> Figura 4: Concentrazione di clorofilla durante la cinetica di crescita di H. pluvialis . Concentrazione di clorofilla misurata sulla cinetica di crescita di Haematococcus pluvialis. Dati presentati come deviazione standard per n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> Figura 5: Micrografie di C. sorokiniana e H. pluvialis. Immagini micrografiche di Chlorella sorokiniana (A) e Haematococcus pluvialis, che illustrano un esemplare nella fase verde (B) e un altro nella fase rossa precoce (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> Figura 6: Concentrazione di clorofilla durante la cinetica di crescita di C. sorokiniana . Concentrazione di clorofilla misurata sulla cinetica di crescita di Chlorella sorokiniana. Dati presentati come deviazione standard per n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Fattore</td>
			<td>Basso livello</td>
			<td>Alto livello</td>
		</tr><tr><td>Aggiunta di CO2 (L)</td>
			<td>C1</td>
			<td>C2</td>
		</tr><tr><td>Colore chiaro</td>
			<td>Blu (B)</td>
			<td>Viola (P)</td>
		</tr><tr><td>Intensità luminosa (Lux)</td>
			<td>I1</td>
			<td>I2</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 1: Fattori e livelli cinetici. Panoramica dei fattori cinetici e dei loro rispettivi livelli: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luce blu; P = Luce viola; 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">Trattamento</td>
			<td>Aggiunta di CO2 </td>
			<td rowspan="2">Colore chiaro</td>
			<td rowspan="2">Intensità luminosa (Lux)</td>
		</tr><tr><td>(L)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>C1</td>
			<td>B</td>
			<td>I1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>C1</td>
			<td>P</td>
			<td>I2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>C2</td>
			<td>B</td>
			<td>I1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>C2</td>
			<td>P</td>
			<td>I2</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 2: Disegno sperimentale e trattamenti. Riassunto del disegno sperimentale e dei trattamenti applicati: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luce blu; P = Luce viola; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
File supplementare 1: Dati di quantificazione cellulare. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>

Valutazione dell'effetto dei fattori di crescita sulla produzione di clorofille a e b dalle microalghe

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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