Name: 微細藻類からのクロロフィル a および b 産生に及ぼす成長因子の影響評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: 学ぶ、微細藻類のクロロフィル産生における成長因子の影響評価法。Chlorella sorokinianaとHaematococcus pluvialisを用いた計算的手法によるプロセスモデリングと最適化の手法を確立し、光色やCO2供給がクロロフィルaおよびbの生産に与える効果を解析する。

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<meta charset="utf8"></head><body>成長因子の最適化による微細藻類のクロロフィル生産の促進

<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>
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 <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>アセトン90%</td></tr><tr><td>15 mLチューブ</td><td>Biologix</td><td>10-9502</td><td>試験管</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>ブランソン</td><td>D-73595</td><td>ソニケーター</td></tr><tr><td>5mLスクリューキャップ試験管</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>試験管</td></tr><tr><td>50mL遠心分離管</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td>試験管</td></tr><tr><td>アルミホイル</td><td>レイノルズ</td><td>611標準、12インチx 1000フィート</td><td>試験管カバー&nbsp;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>塩化カルシウム</td></tr><tr><td>遠心分離機&nbsp;</td><td>Dynamica</td><td>14 R</td><td>遠心分離機</td></tr><tr><td>冷蔵 CoCl2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>二塩化コバルト</td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>塩化鉄(III) 塩化</td></tr><tr><td>物 K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>リン酸二カリウム</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>リン酸一カリウム</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td>硫酸マグネシウム</td></tr><tr><td>マイクロピペット</td><td>LabNet</td><td>モデル β-Pette</td><td>マイクロピペット</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td></td><td>429449 塩化マンガン(II) 塩化物&nbsp;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp;</td><td>メルク</td><td>200-449-4</td><td>エダタミル、エデタト二ナトリウム塩二水和物</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>メルク</td><td>243655</td><td>モリブデン酸ナトリウム</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Meyer</td><td>2365-500</td><td>塩化ナトリウム</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>硝酸ナトリウム</td></tr><tr><td>RGB LED ストライプ</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>ライトソース</td></tr><tr><td>分光光度計</td><td>パーキンエルマー</td><td>モデル ラムダ35</td><td>分光光度計</td></tr><tr><td>分光放射計</td><td>ギガヘルツ・オプティック</td><td>モデル BTS256</td><td></td></tr><tr><td>ボルテック</td><td>ス・サイエンティフィック・インダストリー</td><td>ズ ボルテックス・ジーニー&reg; 2</td><td>ボルテック</td></tr><tr><td>ス ZnCl<サブ>2</サブ></td><td>メルク</td><td>208086</td><td>塩化亜鉛</td></tr></tbody></table>

微細藻類からのクロロフィル a および b 産生に及ぼす成長因子の影響評価

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

クロロフィル細胞濃度の変動を検出する技術の効率を観察し、C. sorokinianaの成長因子の影響を評価するために、CO2体積の添加、光の色、および光強度を評価するタグチL4実験計画が確立されました。各因子は、表1に示すように、表2の実験計画で定義された条件下で、低レベルと高レベルで評価されました。
実験プロセスが終了すると、結果は、CO2の低添加、紫光、および処理2に対応する高光強度(C1、P、I2)の組み合わせにより、微生物の増殖が7.83×105細胞mL-1に増加することを示しました。一方、C2、P、I2の条件下では、処理4ではクロロフィル含有量が高く、132時間で5.92×10-7μgのcel-1の濃度に達し(図1)、紫色の光と高い光強度が両方の経験の要因の最適レベルと一致しました。
同時に、評価された4つのラインで同様の動作が観察されました。しかし、紫色の光の下で行われたテストでは、明確な好感度が観察されました。このパターンは、紫色の光が結果にプラスの影響を与え、細胞の成長または活動に最適な条件を促進する可能性があることを示唆しています。これらの知見は、生物学実験において照明条件を慎重に検討することの重要性を強調しています。
統計分析から、主効果プロットが得られました。 図2では、評価された因子の各レベルが C.sorokinianaのクロロフィル産生にどのように影響するかを観察できます。クロロフィル生成の最良の条件は、CO2の高添加、紫色光、および高光強度(C2、P、I2)であり、色と二酸化炭素濃度は非常に近い有意値を示しますが、光強度は評価された応答変数に対して有意な影響が低くなります。
さらに、コントラスト図(図3)を生成、CO2 体積添加の影響による細胞のクロロフィル濃度の挙動と、それらが受けた光の色を示しました。
紫色の光(青色光と赤色光の混合物)と高い光強度は、微生物の増殖とクロロフィルの生成を有意に促進することが観察されました。一方、CO2の高添加は、実験中にクロロフィル細胞濃度を最大まで増加させますが、微生物の増殖を妨げるため、それぞれ両方のパラメーターにプラスとマイナスの影響を与えます。しかし、紫色の光の下では、8.5 ft³ h-1の流量で12時間ごとにCO2の20秒パルスをCO2体積で追加すると、両方のパラメータに対して良好な応答が得られることが注目されます。
C. sorokinianaから得られた方法と結果を検証するために、ストレス条件下でクロロフィルを分解してアスタキサンチンを合成するという自然な特性により、H. pluvialisに対して赤色光の下で確認フラスコレベルの試験を実施しました。これは、培地の塩分濃度を増加させることにより168時間で誘導されました。濃度グラフを生成(図4)し、最大クロロフィル濃度を0時間で1.41×10-7μgのcel-1で求めた。この場合、天然の微細藻類の挙動により、クロロフィル濃度の低下が観察され、調査中の生物学的モデルに生理学的変化が生じる可能性が示唆されました。これはさらに図5に示されており、C. sorokinianaの顕微鏡写真(図5A)とH. pluvialisの2つの顕微鏡写真を示しています:1つは緑色期(図5B)で、もう1つは変化およびアスタキサンチン産生期(図5C)です。興味深いことに、この減少にもかかわらず、カロテノイド化合物の存在による干渉は発生しませんでした。カロテノイド化合物は、それらに存在する脂溶性色素です。これは、多様な能力と挙動を持つ微細藻類におけるこの技術の選択性と再現性の強力な証拠です。
グラフは、実験全体を通して総クロロフィル濃度が減少したことを示しています。特に、50時間でクロロフィルaがクロロフィルbと比較して増加し、クロロフィルbの濃度が大幅に減少します。クロロフィル濃度の最も大幅な低下は、指数関数的成長期の終わりに発生します。この減少は、H. pluvialisのカロテノイドの産生に起因しています。
同様に、クロロフィルaおよびb組成の分析は、図6のC.sorokiniana(C1、P、I2)の生産量が最も多い処理のために行われました。H. pluvialisとは対照的に、クロロフィルの産生は実験期間全体を通じて一貫した増加を示し、指数関数的段階でのみ分析されました。H. pluvialisと同様に、クロロフィルaは実験の開始時にクロロフィルbよりも低い割合で最初に存在することが観察されます。しかし、これらの比率は50時間地点で顕著な変化を遂げ、その後、クロロフィルAはクロロフィルBよりも高い生産率を示しています。
この研究で採用された分析手法は、生物学的モデル内および異なる生物学的モデル間での変化を検出するのに効率的であることが証明されています。これらの知見は、分析法の感度と精度を強調しており、生物学的システム内および生物学的システム間のクロロフィルダイナミクスの微妙な理解を可能にします。このような洞察は、色素の合成と代謝を支配する複雑なメカニズムを解明し、バイオテクノロジーおよび環境研究のさらなる進歩への道を開くために非常に貴重です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> 図1:実験デザイン処理中のクロロフィル細胞含有量。 Chlorella sorokinianaで測定されたクロロフィル細胞含有量は、さまざまな実験的処理で測定されました。データは n = 3 の標準偏差として表されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> 図2:細胞のクロロフィル含有量の主効果プロット。Chlorella sorokinianaの細胞性クロロフィル含有量に対するさまざまな処理の影響を示す主な効果プロット。データは n = 3 の標準偏差として表されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> 図3:細胞のクロロフィル濃度の等高線図。 細胞のクロロフィル濃度、CO2 濃度、および明るい色の関係を示す等高線図。光の色は、軸 1 を青、軸 2 を紫で表し、中間レベルは赤色の光の追加を示します。データは n = 3 の標準偏差として表されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> 図4:H. pluvialisの生育速度におけるクロロフィル濃度。Haematococcus pluvialisの成長動態で測定されたクロロフィル濃度。データは n = 3 の標準偏差として表されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> 図5:C. sorokinianaとH. pluvialisの顕微鏡写真。 Chlorella sorokiniana (A) と Haematococcus pluvialis の顕微鏡写真画像で、緑相 (B) と赤相初期 (C) の標本を示しています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> 図6:C. sorokinianaの成長速度におけるクロロフィル濃度。 クロレラ・ソロキニアナの成長動態で測定されたクロロフィル濃度。データは n = 3 の標準偏差として表されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>因子</td>
			<td>低レベル</td>
			<td>ハイレベル</td>
		</tr><tr><td>CO2 添加(L)</td>
			<td>C1</td>
			<td>C2</td>
		</tr><tr><td>明るい色</td>
			<td>ブルー (B)</td>
			<td>パープル(P)</td>
		</tr><tr><td>光の強度 (ルクス)</td>
			<td>私1</td>
			<td>私2</td>
		</tr></tbody></table>表1:動力学の要因とレベル。 動力学係数とそれぞれのレベルの概要:C1 = 0.078 L;C2 = 0.15 L;B =ブルーライト;P =紫色の光;I1 = 550ルクス;I2 = 1200ルクス。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2">処遇</td>
			<td>CO2 追加</td>
			<td rowspan="2">明るい色</td>
			<td rowspan="2">光の強度 (ルクス)</td>
		</tr><tr><td>(L)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>C1</td>
			<td>B</td>
			<td>私1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>C1</td>
			<td>P</td>
			<td>私2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>C2</td>
			<td>B</td>
			<td>私1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>C2</td>
			<td>P</td>
			<td>私2</td>
		</tr></tbody></table>表2:実験デザインと治療。 実験デザインと適用された治療の要約:C1 = 0.078 L;C2 = 0.15 L;B =ブルーライト;P =紫色の光;I1 = 550ルクス;I2 = 1200ルクス。
補足ファイル1:細胞定量データ。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

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