Name: 미세조류로부터의 엽록소 a 및 b 생산에 대한 성장 인자의 영향 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: 배우세요 미세조류에서 엽록소 생산에 영향을 주는 성장 인자를 분석하는 계산적 방법을 Chlorella sorokiniana와 Haematococcus pluvialis를 이용하여. 이 연구는 생명공학적 응용을 위한 최적화 조건을 제공합니다.

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<meta charset="utf8"></head><body>Enhancing Chlorophyll production in Microalgae via Growth Factor Optimization(성장 인자 최적화를 통한 미세조류의 엽록소 생산 향상)

<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>아세톤 90%</td></tr><tr><td>15 mL 튜브</td><td>Biologix</td><td>10-9502</td><td>시험관</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>Branson</td><td>D-73595</td><td>Sonicator</td></tr><tr><td>5 mL 나사 캡 시험관</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>시험관</td></tr><tr><td>50 mL 원심분리기 튜브</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td>시험관</td></tr><tr><td>알루미늄 호일</td><td>Reynolds</td><td>611 표준, 12" x 1000 피트</td><td>시험관 커버&nbsp;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>칼슘 클로라이드</td></tr><tr><td>원심분리기&nbsp;</td><td>Dynamica</td><td>14 R</td><td>원심분리기 냉장</td></tr><tr><td>CoCl2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>이발트 염화 CoCl</td></tr><tr><td>3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>철(III) 염화물</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>인산이칼륨</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>인산 모노칼륨</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td>황산 마그네슘</td></tr><tr><td>마이크로피펫</td><td>LabNet</td><td>모델 베타-페트</td><td>마이크로피펫</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td>429449</td><td>망간(II) 염화물&nbsp;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp;</td><td>Merck</td><td>200-449-4</td><td>Edatamil, Edetato Disodium Salt Dihydrate</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>Merck</td><td>243655</td><td>몰리브덴산나트륨</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Meyer</td><td>2365-500</td><td>염화나트륨</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>질산나트륨</td></tr><tr><td>RGB LED 스트라이프</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>Light 출처</td></tr><tr><td>분광 광도계</td><td>PerkinElmer</td><td>모델 Lambda35</td><td>분광 광도계</td></tr><tr><td>분광 방 사계</td><td>Gigahertz-Optik</td><td>모델 BTS256</td><td></td></tr><tr><td>Vortex</td><td>Scientific</td><td>Industries Vortex-Genie&reg; 2</td><td>Vortex</td></tr><tr><td>ZnCl2</td><td>Merck</td><td>208086</td><td>염화 아연</td></tr></tbody></table>

미세조류로부터의 엽록소 a 및 b 생산에 대한 성장 인자의 영향 평가

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

엽록소 세포 농도의 변화를 감지하는 기술의 효율성을 관찰하고 C. sorokiniana에서 성장 인자의 효과를 평가하기 위해CO2 부피 추가, 광 색상 및 광 강도를 평가하는 Taguchi L4 실험 설계를 수립했습니다. 각 요인은 표 1과 같이 표 2의 실험 설계에 의해 정의된 조건 하에서 낮고 높은 수준으로 평가되었습니다.
실험 과정이 종료된 후, 결과는 처리 2에 해당하는CO2의 낮은 첨가, 보라색 광 및 높은 광 강도(C1, P,I2)의 조합이 미생물 성장을 7.83 x 105 cells mL-1로 증가시키는 것을 보여주었습니다. 반면에, 엽록소 함량은 조건 C2, P, I2 하에서 처리 4에서 더 높았으며, 132 h에서 5.92 x 10-7 μg cel-1 의 농도에 도달했으며(그림 1), 이는 보라색 빛과 높은 광 강도가 두 경험 모두에서 요인의 최적 수준과 일치했습니다.
동시에 평가된 4개 라인에서 유사한 동작이 관찰되었습니다. 그러나 보라색 조명 아래에서 수행 된 테스트에서 명확한 호감도가 관찰되었습니다. 이 패턴은 보라색 빛이 결과에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사하며, 잠재적으로 세포 성장 또는 활동을 위한 최적의 조건을 촉진할 수 있습니다. 이러한 발견은 생물학 실험에서 조명 조건을 신중하게 고려하는 것이 중요하다는 것을 강조합니다.
통계 분석을 통해 주효과 플롯을 얻었습니다. 그림 2에서는 평가된 요인의 각 수준이 C. sorokiniana의 엽록소 생성에 어떻게 영향을 미치는지 관찰할 수 있습니다. 엽록소 생성에 가장 적합한 조건은CO2의 높은 첨가, 자주색 빛 및 높은 광 강도(C2, P, I2)였으며, 여기서 색상과 이산화탄소 농도는 매우 가까운 유의성 값을 나타내는 반면 광 강도는 평가된 응답 변수에 대한 더 낮은 유의한 효과를 보여줍니다.
또한, 콘트라스트 다이어그램(그림 3)이 생성되어CO2 부피 첨가의 효과와 이들이 적용된 광색에 따른 세포 엽록소 농도의 거동을 보여주었습니다.
보라색 빛(청색광과 적색광의 혼합)과 높은 광도가 미생물 성장과 엽록소 생성을 크게 촉진하는 것으로 관찰되었습니다. 한편, CO2 의 높은 첨가는 실험 중에 엽록소 세포 농도를 최대로 증가시키지만 미생물 성장을 방해하기 때문에 두 매개 변수 모두에 각각 긍정적 및 부정적 영향을 미칩니다. 그러나 보라색 빛 아래에서 8.5ft³ h-1의 유속에서 12시간마다 20s 펄스의 CO2 부피를 추가하면 두 매개변수 모두에 대해 유리한 반응을 얻을 수 있습니다.
C. sorokiniana로부터 얻은 방법 및 결과를 검증하기 위해, 응력 조건에서 아스타잔틴을 합성하기 위해 엽록소를 분해하는 자연적인 특성으로 인해 적색광 하에서 H. pluvialis에 대해 확증적 플라스크 수준 테스트를 수행했으며, 이는 배지의 염도를 증가시켜 168시간에서 유도되었습니다. 농도 그래프가 생성되었으며(그림 4) 최대 엽록소 농도는 1.41 x 10-7μg cel-1로 0h에서 얻어졌습니다. 이 경우, 자연적인 미세조류 작용으로 인해 엽록소 농도의 감소가 관찰되었으며, 이는 조사 중인 생물학적 모델의 잠재적인 생리학적 변화를 시사합니다. 이는 C. sookiniana의 현미경 사진(그림 5A)과 H. pluvialis의 두 개의 현미경 사진, 즉 녹색 단계(그림 5B)와 변화 및 아스타잔틴 생산 단계(그림 5C)를 보여주는 그림 5에 더 잘 설명되어 있습니다. 흥미롭게도, 이러한 감소에도 불구하고, 카로티노이드 화합물의 존재로 인한 간섭이 발생하지 않았으며, 이들은 차례로 그 안에 존재하는 지용성 색소입니다. 이는 다양한 용량과 거동을 가진 미세조류에서 이 기법의 선택성과 재현성을 보여주는 강력한 증거입니다.
그래프는 실험 전반에 걸쳐 총 엽록소 농도의 감소를 나타냅니다. 특히, 50시간에서 엽록소 b에 비해 엽록소 a가 증가하며, 이때 엽록소 b의 농도가 크게 감소합니다. 엽록소 농도의 가장 실질적인 감소는 기하급수적 성장 단계의 끝에서 발생합니다. 이러한 감소는 H. pluvialis의 카로티노이드 생성에 기인합니다.
유사하게, 엽록소 a 및 b 조성의 분석은 도 6에서 C. sookiniana(C1, P,I2)의 생성이 가장 높은 처리를 위해 수행되었습니다. H. pluvialis와는 반대로, 엽록소의 생산은 전체 실험 기간 동안 일관된 증가를 보였으며, 이는 지수 단계 동안에만 분석되었습니다. H. pluvialis와 유사하게, 엽록소 a는 실험 시작 시 엽록소 b보다 초기에 더 낮은 비율로 존재하는 것으로 관찰되었습니다. 그러나 이러한 비율은 50시간 지점에서 눈에 띄는 변화를 겪으며, 그 이후에는 엽록소 A가 엽록소 B보다 더 높은 생산 속도를 보입니다.
이 연구에 사용된 분석 기법은 생물학적 모델 내 및 다양한 생물학적 모델 간의 변화를 감지하는 데 효율적인 것으로 입증되었습니다. 이러한 발견은 분석 방법의 민감성과 정밀도를 강조하여 생물학적 시스템 내부 및 생물학적 시스템 간의 엽록소 역학에 대한 미묘한 이해를 가능하게 합니다. 이러한 통찰력은 색소 합성 및 신진대사를 지배하는 복잡한 메커니즘을 밝히는 데 매우 중요하며, 생명 공학 및 환경 연구의 추가 발전을 위한 길을 닦습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> 그림 1: 실험 설계 처리에서의 엽록소 세포 함량. 다양한 실험적 치료에서 Chlorella sorokiniana 에서 측정된 엽록소 세포 함량. n = 3에 대한 표준 편차로 표시되는 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> 그림 2: 세포 엽록소 함량에 대한 주요 효과 플롯. Chlorella sorokiniana의 세포 엽록소 함량에 대한 다양한 처리의 영향을 보여주는 주요 효과 플롯. n = 3에 대한 표준 편차로 표시되는 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> 그림 3: 세포 엽록소 농도의 윤곽 플롯. 세포 엽록소 농도, CO2 농도 및 밝은 색상 간의 관계를 보여주는 등고선 플롯. 조명 색상은 축 1은 파란색, 축 2는 자주색으로 표시되며 중간 수준은 빨간색 조명의 추가를 나타냅니다. n = 3에 대한 표준 편차로 표시되는 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> 그림 4: H. pluvialis 성장 역학 중 엽록소 농도. Haematococcus pluvialis의 성장 역학에 대해 측정된 엽록소 농도. n = 3에 대한 표준 편차로 표시되는 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> 그림 5: C. sorokiniana 및 H. pluvialis의 현미경 사진. Chlorella sookiniana(A) 및 Haematococcus pluvialis의 현미경 사진, 녹색 단계(B)의 표본과 초기 적색 단계(C)의 다른 표본을 보여줍니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> 그림 6: C. sorokiniana 성장 역학 중 엽록소 농도. Chlorella sorokiniana의 성장 역학에 대해 측정된 엽록소 농도. n = 3에 대한 표준 편차로 표시되는 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>요소</td>
			<td>낮은 수준</td>
			<td>높은 수준</td>
		</tr><tr><td>CO2 첨가(L)</td>
			<td>씨1</td>
			<td>씨2</td>
		</tr><tr><td>연한 색</td>
			<td>블루(B)</td>
			<td>퍼플(P)</td>
		</tr><tr><td>광도(Lux)</td>
			<td>나는1</td>
			<td>나는2</td>
		</tr></tbody></table>표 1: 역학 요인 및 수준. 동역학 요인 및 각각의 수준 개요 : C1 = 0.078 L; C2 = 0.15 L; B = 청색광; P = 보라색 빛; I1 = 550럭스; I2 = 1200럭스.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2">치료</td>
			<td>CO2 첨가</td>
			<td rowspan="2">연한 색</td>
			<td rowspan="2">광도(Lux)</td>
		</tr><tr><td>(텃)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>씨1</td>
			<td>B</td>
			<td>나는1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>씨1</td>
			<td>P</td>
			<td>나는2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>씨2</td>
			<td>B</td>
			<td>나는1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>씨2</td>
			<td>P</td>
			<td>나는2</td>
		</tr></tbody></table>표 2: 실험 설계 및 처리. 적용된 실험 설계 및 처리 요약:C1 = 0.078 L; C2 = 0.15 L; B = 청색광; P = 보라색 빛; I1 = 550럭스; I2 = 1200럭스.
보충 파일 1: 세포 정량 데이터. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

evaluation-effect-growth-factors-on-chlorophylls-b-production-from

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