Оценка антирадикальной активности вторичных каротиноидов у четырёх видов зёленых микроводорослей порядка Sphaeropleales в системе in vitro
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Аннотация
Представлены новые данные по ростовым характеристикам, накоплению вторичных каротиноидов и их антирадикальной активности у 4-х видов зелёных микроводорослей порядка Sphaeropleales Pseudospongiococcum protococcoides, Bracteacoccus minor, Coelastrella rubescens и Cromochloris zofingiensis в условиях двухстадийной накопительной культуры с использованием мочевины в качестве единственного источника азота. Показано, что все исследуемые виды хорошо растут на среде с мочевиной. На первой стадии их удельные скорости роста (максимальные 0,28–0,37 сут–1 и средние 0,15–0,17 сут–1) и продуктивность по сухой биомассе (0,08–0,09 г·л–1·сут–1) различались незначительно. На второй стадии индукцию биосинтеза вторичных каротиноидов осуществляли при помощи стресс-комплекса, включавшего: 10кратное уменьшение азота и фосфора в среде, 12-кратное разбавление культур, удвоенное круглосуточное освещение, снабжение CO2, внесение на 8-е сутки NaCl до концентрации в среде 200 ммоль·л–1. Реакция культур на стресс-индукцию вторичного каротиногенеза была сходной: накопление биомассы, снижение уровня хлорофиллов и накопление вторичных каротиноидов. Продуктивность культур по биомассе за весь эксперимент составила 0,41–0,53 г·л–1·сут–1 при максимальных величинах у P. protococcoides и C. rubescens c конечным содержании суммарных каротиноидов в сухой биомассе 2,3–3,9 мг·г–1 при максимальных значениях у B. minor. Для всех видов был получен технологически значимый выход вторичных каротиноидов из литра исходной культуры (1,1–1,6 мг·л–1·сут–1). Антирадикальную активность экстрактов каротиноидов исследуемых видов оценивали по реакции со стабильным радикалом 2,2-дифенил-1пикрилгидразилом (DPPH•) по двум параметрам: «процент ингибирования DPPH•» (I%) и «эффективная концентрация» (EС50). Экстракты всех видов продемонстрировали более высокую aнтирадикальную активность (на 49,30–70,33%), чем синтетический антиоксидант 2,6- бутилгидрокситолуол (BHT, или ионол). Показано, что по совокупности продукционных и антирадикальных свойств C. rubescens и P. protococcoides, эти виды можно рассматривать в качестве наиболее перспективных потенциальных источников вторичных каротиноидов для пищевой и фармацевтической индустрии.
Авторы
Библиографические ссылки
Колупаев Ю.Е., Ястреб Т.О. Физиологические функции неэнзиматических антиоксидантов растений // Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія. 2015. Вип. 2 (35). С. 6–25.
Минюк Г.С., Дробецкая И.В., Чубчикова И.Н., Данцюк Н.В., Челебиева Э.С. Скрининг зелёных микроводорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. Актуальность, стратегия и тактика исследований // Экология моря. 2010. Спец. вып. 80. С. 67–78.
Минюк Г.С., Челебиева Э.С., Чубчикова И.Н. Особенности вторичного каротиногенеза у Bracteacoccus minor (Chlorophyta) в условиях двухстадийной культуры // Альгология. 2015. Т. 25. № 1. С. 21–34.
Основы клинической биохимии: пособие для студентов медико-диагностического факультета / С.В. Лелевич, И.А. Курстак, Т.Н. Гриневич и др. – Гродно: ГрГМУ, 2013. 184 с.
Романенко Е.А., Косаковская И.В., Романенко П.А. Фитогормоны микроводорослей: биологическая роль и участие в регуляции физиологических процессов. Ч. I. Ауксины, абсцизовая кислота, этилен // Альгология. 2015. Т. 25. № 3. С. 330–351.
Чубчикова И.Н., Дробецкая И.В., Минюк Г.С., Данцюк Н.В., Челебиева Э.С. Скрининг одноклеточных зелёных водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. 2. Особенности роста и вторичного каротиногенеза у представителей рода Bracteacoccus (Chlorophyсeae) // Морск. экол. журн. 2011. Т. 10. № 1. С. 91–97.
Чубчикова И.Н., Минюк Г.С., Дробецкая И.В., Терентьева Н.В. Хлорококковые микроводоросли как потенциальный источник природных кетокаротиноидов // Экология моря. 2009. Вып. 77. С. 77–83.
Bandoniene D., Murkovic M., Pfannhauser W., Venskutonis P.R., Gruzdiene D. Detection and activity evaluation of radical scavenging compounds by using DPPH free radical and online HPLC-DPPH methods // Eur. Food Res. Technol. 2002. V. 214. pp. 143–147.
Carlsson A.S., van Beilen J.B., Moller R., Clayton D. Micro- and macro-algae: Utility for industrial applications. Outputs from EPOBIO project. – Chippenham: CPL Press, 2007. 86 p.
Casal C., Cuaresma M., Vega J.M., Vilchez C. Enhanced Productivity of a Lutein-Enriched Novel Acidophile Microalga Grown on Urea // Mar. Drugs. 2011. V. 9. № 1. pp. 29–42.
Demidchik V. Mechanisms of oxidative stress in plants: From classical chemistry to cell biology // Environ. Exp. Bot. 2015. V. 109. pp. 212–228.
Dufossé L. Microbial and Microalgal Carotenoids as Colourants and Supplements // Carotenoids. – V. 5: Nutrition and Health. – Basel: Birkhauser Verlag, 2009. pp. 67–82.
Evary Y.M., Nur A.M. Antioxidant and Antidiabetes Capacity of Hexane, Ethylacetate and Ethanol Extracts of Durio zibethinus Murr. Root // Pharmacogn J. 2018. V. 10. рр. 937– 940.
Finkel T., Holbrook N.J. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing // Nature. 2000. V. 408. pp. 239–247.
Gupta S., Ghosh M. In vitro antioxidative evaluation of α- and β-carotene, isolated from crude palm oil // J. Anal. Methods Сhem. 2013. V. 2013. Article ID 351671. 10р.
Hagen C., Grünewald K., Xyländer M., Rothe E. Effect of cultivation parameters on growth and pigment biosynthesis in flagellated cells of Haematococcus pluvialis // J. Appl. Phycol. 2001. V. 13. pp. 79–87.
Halliwell B. Oxidative stress, nutrition and health. Experimental strategies for optimization of nutritional antioxidant intake in humans // Free Radical Res. 1996. V. 25. pp. 57–74.
Hsieh C.H., Wu W.T. Cultivation of microalgae for oil production with a cultivation strategy of urea limitation // Bioresour. Technol. 2009. V. 100. № 17. pp. 3921–3926.
Kalam S., Gul M.Z., Singh R., Ankati S. Free radicals: Implications in etiology of chronic diseases and their amelioration through nutraceuticals // Pharmacologia. 2015. V. 6. pp. 11–20.
Khalili A., Najafpour G.D., Amini G., Samkhaniyani F. Influence of nutrients and LED light intensities on biomass production of microalgae Chlorella vulgaris // Biotechnol. Bioprocess Eng. 2015. V. 20. pp. 284–290.
Kim G., Mujtaba G., Lee K. Effects of nitrogen sources on cell growth and biochemical composition of marine chlorophyte Tetraselmis sp. for lipid production // Algae. 2016. V. 31. № 3. pp. 257–266.
Kim Y., Lian F., Yeum K.-J., Chongviriyaphan N., Choi S.-W., Russell R.M., Wang X.-D. The effects of combined antioxidant (beta-carotene, alpha-tocopherol and ascorbic acid) supplementation on antioxidant capacity, DNA single-strand breaks and levels of insulinlike growth factor-1/IGF-binding protein 3 in the ferret model of lung cancer // Int. J Cancer. 2007. V. 120. № 9. pp.1847–1854.
Lichtenthaler H. Chlorophyll and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Method. Enzymol. 1987. V. 148. pp. 350–382.
Marxen K., Vanselow K.H., Lippemeier S., Hintze R., Ruser A., Hansen U.-P. Determination of DPPH Radical Oxidation Caused by Methanolic Extracts of Some Microalgal Species by Linear Regression Analysis of Spectrophotometric Measurements // Sensors. 2007. V. 7. pp. 2080–2095.
März U. The global market for carotenoids. – Business report FOD925C. 2008. [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.bccresearch.com.
McCord J.M. The evolution of free radicals and oxidative stress // Am. J Med. 2000. V. 108. № 8. pp. 652–659.
Minyuk G., Chelebieva E., Chubchikova I., Dantsyuk N., Drobetskaya I., Sakhon E., Chekanov K., Solovchenko A. Stress-induced secondary carotenogenesis in Coelastrella rubescens, a producer of value-added keto-carotenoids // Algae. 2017. V. 32. № 3. рр. 245–259. 28. Minyuk G.S., Dantsyuk N.V., Chubchikova I.N., Chelebieva E.S., Drobetskaya I.V., Solovchenko A.E. The effect of diverse nitrogen sources in the nutrient medium on the growth of the green microalgae Chromochloris zofingiensis in the batch culture // Marine Biological Journal. 2019. V. 4. № 4. pp. 41–52.
Molyneux P. The use of the stable free radical diphenylpicryl-hydrazyl (DPPH) for estimating antioxidant activity // Songklanakarin J. Sci. Technol. 2004. V. 26. pp. 211–219.
Pikula K.S., Zakharenko A.M., Aruoja V., Golokhvast K.S., Tsatsakis A.M. Oxidative stress and its biomarkers in microalgal ecotoxicology // Curr. Opin. Toxicol. 2019. V. 13. pp. 8– 15.
Rahman K. Studies on free radicals, antioxidants, and co-factors // Clin. Interv. Aging. 2007. V. 2. № 2. pp. 219–236.
Sharma P., Jha A.B., Dubey R.S., Pessarakli M. Reactive Oxygen Species, Oxidative Damage, and Antioxidative Defense Mechanism in Plants under Stressful Conditions // J. Bot. 2012. V. 2012. Article ID 217037. 26 p.
Solovchenko A., Merzlyak M., Khozin-Goldberg I., Cohen Z., Boussiba S. Coordinated carotenoid and lipid syntheses induced in Parietochloris incisa (Chlorophyta, Trebouxiophyceae) mutant deficient in Δ5 desaturase by nitrogen starvation and high light // J. Phycol. 2010. V. 46. рр. 763–772.
Tan B. L., Norhaizan M. E., Liew W. P., Rahman H. S. Antioxidant and Oxidative Stress: A Mutual Interplay in Age-Related Diseases. // Front. Pharmacol 2018. V. 9. Article 1162. 28р.
Valko M., Leibfritz D., Moncol J., Cronin M.T.D., Mazur M., Telser J. Free radicals and antioxidants in normal physological functions and human disease // Int. J. Biochem. Cell Biol. 2007. V. 39. № 1. pp. 44–84.
Varela J.C, Pereira H., Vila M., León R. Production of carotenoids by microalgae: achievements and challenges // Photosynth. Res. 2015. V. 125. № 3. pp. 423–436.
Vonshak A. Microalgae: Laboratory growth techniques and outdoor biomass production. In: Coombs J, Hall D, Long S, Scurlock J (eds) Techniques in Bioproductivity and Photosynthesis. Pergamon Press, Oxford, 1985. pp. 188–203.
Wang J.F., Sommerfeld M.R., Lu C.M., Hu Q. Combined effect of initial biomass density and nitrogen concentration on growth and astaxanthin production of Haematococcus pluvialis (Chlorophyta) in outdoor cultivation // Algae. 2013. V. 28. рр. 193–202.
Whysner J., Wang C.X., Zang E., Iatropoulos M.J., Williams G.M. Dose response of promotion by butylated hydroxyanisole in chemically initiated tumours of the rat forestomach // Food Chem. Toxicol. 1994. V. 32. № 3. pp. 215–222.
Young I.S., Woodside J.V. Antioxidants in health and disease // J. Clin. Pathol. 2001. V. 54. № 3. pp. 176–186.
Zuo L., Zhou T., Pannell B. K., Ziegler A., Best T. M. Biological and physiological role of reactive oxygen species – the good, the bad and the ugly. // Acta Physiol. 2015. V. 214. pp. 329–348.