Name: Avaliação do Efeito dos Fatores de Crescimento na Produção de Clorofilas a e b a partir de Microalgas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: Explore como fatores de crescimento afetam a produção de clorofilas a e b em Chlorella sorokiniana e Haematococcus pluvialis. Este método analítico utiliza técnicas computacionais para modelagem e otimização de processos.

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<meta charset="utf8"></head><body>Aumentando a produção de clorofila em microalgas por meio da otimização do fator de crescimento

<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>Acetona 90%</td></tr><tr><td>15 mL tubo</td><td>Biologix</td><td>10-9502</td><td>Tubo de ensaio</td></tr><tr><td>2510-DTH</td><td>Branson</td><td>D-73595</td><td>Sonicator</td></tr><tr><td>5 mL tampa de rosca tubo de ensaio</td><td>Kimax</td><td>45066-13100</td><td>Tubo</td></tr><tr><td>de ensaio 50 mL tubo de centrífuga</td><td>Biologix</td><td>10-9151</td><td></td></tr><tr><td>Folha de alumínio</td><td>Reynolds</td><td>611 padrão, 12" x 1000 pés</td><td>Capa de tubo de ensaio&nbsp;</td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Meyer</td><td>0925-250</td><td>Centrífuga de Cloreto</td>de</tr><tr><td>Cálcio&nbsp;</td><td>Centrífuga Dynamica</td><td>14 R</td><td>CoCl refrigerado</td></tr><tr><td>2</td><td>Merck</td><td>1057-100</td><td>Dicloreto de cobalto</td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Merck</td><td>157740</td><td>Cloreto de ferro (III)</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Meyer</td><td>2051-250</td><td>Fosfato dipotássico</td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Meyer</td><td>2055-250</td><td>Fosfato Monopotássico</td></tr><tr><td>MgSO4</td><td>Meyer</td><td>1605-250</td><td>Micropipeta de Sulfato de Magnésio</td></tr><tr><td></td><td>Modelo LabNet</td><td>Micropipeta</td><td>Beta-Pette</td></tr><tr><td>MnCl2</td><td>Merck</td><td>429449</td><td>Cloreto de Manganês(II)&nbsp;</td></tr><tr><td>Na2 EDTA&nbsp;</td><td>Merck</td><td>200-449-4</td><td>Edatamil, Edetato Sal Dissódico Dihidratado</td></tr><tr><td>Na2MoO4</td><td>Merck</td><td>243655</td><td>Molibdato de Sódio</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Meyer</td><td>2365-500 Cloreto de</td><td>Sódio</td></tr><tr><td>NaNO3</td><td>Meyer</td><td>2465-250</td><td>Nitrato de Sódio</td></tr><tr><td>RGB Faixa LED</td><td>Steren</td><td>GAD-LED2</td><td>Luz fonte</td></tr><tr><td>Espectrofotômetro</td><td>PerkinElmer</td><td>Modelo Lambda35</td><td>Espectrofotômetro</td></tr><tr><td>espectrorradiômetro</td><td>Gigahertz-Optik</td><td>modelo 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>Cloreto de Zinco</td></tr></tbody></table>

avaliação do efeito dos fatores de crescimento na produção de clorofilas a e b a partir de microalgas

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

Para observar a eficiência da técnica em detectar variações na concentração celular de clorofila e avaliar o efeito dos fatores de crescimento em C. sorokiniana, foi estabelecido um delineamento experimental Taguchi L4 , avaliando a adição de volume de CO2 , cor clara e intensidade de luz. Cada fator foi avaliado em níveis baixo e alto, conforme apresentado na Tabela 1, nas condições definidas pelo delineamento experimental da Tabela 2.
Uma vez concluído o processo experimental, os resultados mostraram que a combinação de baixa adição de CO2, luz roxa e alta intensidade de luz (C1, P, I2) correspondente ao tratamento 2, aumentou o crescimento microbiano para 7,83 x 105 células mL-1. Por outro lado, o teor de clorofila foi maior no tratamento 4 nas condições C2, P, I2, atingindo uma concentração de 5,92 x 10-7 μg cel-1 em 132 h (Figura 1) coincidindo com a luz roxa e a alta intensidade de luz como os níveis ótimos dos fatores em ambas as experiências.
Ao mesmo tempo, um comportamento semelhante foi observado nas quatro linhagens avaliadas. No entanto, uma clara favorabilidade foi observada nos testes realizados sob luz roxa. Esse padrão sugere que a luz roxa pode impactar positivamente os resultados, potencialmente promovendo condições ideais para o crescimento ou atividade celular. Essas descobertas ressaltam a importância de considerar cuidadosamente as condições de iluminação em experimentos biológicos.
A partir da análise estatística, obteve-se o gráfico de efeitos principais. Na Figura 2, pode-se observar como cada nível dos fatores avaliados influencia a produção de clorofila em C. sorokiniana. As melhores condições para a produção de clorofila foram alta adição de CO2, luz roxa e alta intensidade de luz (C2, P, I2), onde a cor e a concentração de dióxido de carbono apresentam valores de significância muito próximos, enquanto a intensidade de luz apresenta um efeito menos significativo nas variáveis de resposta avaliadas.
Além disso, foi gerado um diagrama de contraste (Figura 3), mostrando o comportamento da concentração de clorofila celular de acordo com o efeito da adição de volume de CO2 e a cor clara a que foram submetidos.
Observou-se que a luz roxa (uma mistura de luz azul e vermelha) e uma alta intensidade de luz promovem significativamente o crescimento microbiano e a produção de clorofila. Enquanto isso, uma alta adição de CO2 influencia ambos os parâmetros positiva e negativamente, respectivamente, pois aumenta a concentração celular de clorofila ao máximo durante a experimentação, mas dificulta o crescimento microbiano. No entanto, é perceptível que, sob luz roxa, uma adição de volume de CO2 de pulsos de 20 s de CO2 a cada 12 h a uma taxa de fluxo de 8,5 pés³ h-1 permite uma resposta favorável para ambos os parâmetros.
Para validar o método e os resultados obtidos de C. sorokiniana, um teste confirmatório em nível de frasco foi realizado em H. pluvialis sob luz vermelha devido à sua característica natural de degradar a clorofila para sintetizar astaxantina sob condições de estresse, que foram induzidas às 168 h pelo aumento da salinidade do meio. Foi gerado um gráfico de concentração (Figura 4) onde a concentração máxima de clorofila foi obtida em 0 h com 1,41 x 10-7 μg cel-1. Nesse caso, devido ao comportamento natural das microalgas, foi observada uma diminuição na concentração de clorofila, sugerindo potenciais alterações fisiológicas no modelo biológico sob investigação. Isso é ilustrado na Figura 5, que mostra uma micrografia de C. sorokiniana (Figura 5A) e duas micrografias de H. pluvialis: uma na fase verde (Figura 5B) e outra na fase de mudança e produção de astaxantina (Figura 5C). Curiosamente, apesar desse declínio, nenhuma interferência ocorreu com a presença de compostos carotenóides, que são, por sua vez, pigmentos lipossolúveis presentes neles; Esta é uma forte evidência da seletividade e reprodutibilidade da técnica em microalgas com diversas capacidades e comportamentos.
O gráfico mostra uma diminuição na concentração total de clorofila ao longo do experimento. Notavelmente, há um aumento na clorofila a em comparação com a clorofila b em 50 h, onde a concentração de clorofila b diminui significativamente. O declínio mais substancial na concentração de clorofila ocorre no final da fase de crescimento exponencial. Essa diminuição é atribuída à produção de carotenóides em H. pluvialis.
Da mesma forma, a análise da composição da clorofila a e b foi realizada para o tratamento com maior produção de C. sorokiniana (C1, P, I2) na Figura 6. Ao contrário de H. pluvialis, a produção de clorofilas apresentou um aumento consistente ao longo de todo o período de experimentação, que foi analisado apenas durante a fase exponencial. Observa-se que, semelhante ao H. pluvialis, a clorofila a está inicialmente presente em proporções menores do que a clorofila b no início do experimento; No entanto, essas proporções sofrem uma mudança notável na marca de 50 horas, com a clorofila A mostrando uma taxa de produção mais alta do que a clorofila B a partir de então.
A técnica analítica empregada neste estudo provou ser eficiente na detecção de mudanças dentro de um modelo biológico e em diferentes modelos biológicos. Essas descobertas ressaltam a sensibilidade e a precisão do método analítico, permitindo uma compreensão diferenciada da dinâmica da clorofila dentro e entre os sistemas biológicos. Tais insights são inestimáveis para desvendar os intrincados mecanismos que governam a síntese e o metabolismo do pigmento, abrindo caminho para novos avanços na pesquisa biotecnológica e ambiental.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig01.jpg"> Figura 1: Conteúdo celular de clorofila sob tratamentos de planejamento experimental. Conteúdo celular de clorofila medido em Chlorella sorokiniana em diferentes tratamentos experimentais. Dados apresentados como desvio padrão para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig02.jpg"> Figura 2: Gráfico de efeitos principais para o conteúdo de clorofila celular. Gráfico de efeitos principais ilustrando o impacto de diferentes tratamentos no conteúdo de clorofila celular em Chlorella sorokiniana. Dados apresentados como desvio padrão para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig03.jpg"> Figura 3: Gráfico de contorno da concentração de clorofila celular. Gráfico de contorno mostrando a relação entre a concentração de clorofila celular, concentração de CO2 e cor clara. A cor da luz é representada com o eixo 1 como azul e o eixo 2 como roxo, com níveis intermediários indicando a adição de luz vermelha. Dados apresentados como desvio padrão para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig04.jpg"> Figura 4: Concentração de clorofila durante a cinética de crescimento de H. pluvialis . Concentração de clorofila medida sobre a cinética de crescimento de Haematococcus pluvialis. Dados apresentados como desvio padrão para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig05.jpg"> Figura 5: Micrografias de C. sorokiniana e H. pluvialis. Imagens micrográficas de Chlorella sorokiniana (A) e Haematococcus pluvialis, ilustrando um espécime na fase verde (B) e outro na fase vermelha inicial (C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67208/67208fig06.jpg"> Figura 6: Concentração de clorofila durante a cinética de crescimento de C. sorokiniana . Concentração de clorofila medida sobre a cinética de crescimento de Chlorella sorokiniana. Dados apresentados como desvio padrão para n = 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/67208fig06large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Fator</td>
			<td>Nível baixo</td>
			<td>Alto nível</td>
		</tr><tr><td>Adição de CO2 (L)</td>
			<td>C1</td>
			<td>C2</td>
		</tr><tr><td>Cor clara</td>
			<td>Azul (B)</td>
			<td>Roxo (P)</td>
		</tr><tr><td>Intensidade da luz (Lux)</td>
			<td>Eu1</td>
			<td>Eu2</td>
		</tr></tbody></table>Tabela 1: Fatores cinéticos e níveis. Visão geral dos fatores cinéticos e seus respectivos níveis: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz roxa; 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">Tratamento</td>
			<td>Adição de CO2 </td>
			<td rowspan="2">Cor clara</td>
			<td rowspan="2">Intensidade da luz (Lux)</td>
		</tr><tr><td>(L)</td>
		</tr><tr><td>1</td>
			<td>C1</td>
			<td>B</td>
			<td>Eu1</td>
		</tr><tr><td>2</td>
			<td>C1</td>
			<td>P</td>
			<td>Eu2</td>
		</tr><tr><td>3</td>
			<td>C2</td>
			<td>B</td>
			<td>Eu1</td>
		</tr><tr><td>4</td>
			<td>C2</td>
			<td>P</td>
			<td>Eu2</td>
		</tr></tbody></table>Tabela 2: Desenho experimental e tratamentos. Resumo do delineamento experimental e tratamentos aplicados: C1 = 0,078 L; C2 = 0,15 L; B = Luz azul; P = Luz roxa; I1 = 550 lux; I2 = 1200 lux.
Arquivo Suplementar 1: Dados de quantificação celular. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67208/Table%20Cellular%20quantification.zip" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

Avaliação do Efeito dos Fatores de Crescimento na Produção de Clorofilas a e b a partir de Microalgas

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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