Новые штаммы микроводоросли Bracteacoccus minor станут перспективным источником антиоксидантов

Ученые показали, что два штамма микроводоросли Bracteacoccus minor потенциально могут стать источником антиоксидантов для пищевой и фармацевтической промышленности. Один из них преимущественно накапливает витамин Е, каротиноиды, омега-6 жирные кислоты, а другой — витамин А и омега-3 жирные кислоты. Таким образом, исследованные микроорганизмы могут стать ресурсом для массового производства антиоксидантных соединений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Science.

Микроводоросли накапливают различные биологически активные соединения, что делает их привлекательным сырьем для пищевой и косметической промышленности, сельского хозяйства и медицины. В частности, некоторые штаммы синтезируют соединения с антиоксидантными свойствами. Эти вещества снижают концентрацию активных форм кислорода, которые накапливаются в клетках при неблагоприятных условиях — например при действии ультрафиолетового излучения и при накоплении тяжелых металлов, —разрушают клеточные структуры и могут привести к гибели микроорганизмов. Сравнение антиоксидантных систем, работающих в клетках у разных штаммов микроводорослей, позволит выявить из них наиболее устойчивые к неблагоприятным условиям и использовать их в качестве источников антиоксидантов. Поэтому исследователи продолжают поиск новых высокопродуктивных штаммов в их естественной среде обитания.

Ученые из Мелитопольского государственного университета (Мелитополь) и Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева (Москва) установили, какие антиоксидантные соединения синтезируют два штамма микроводоросли Bracteacoccus minor. Этот вид обитает в разных условиях по всей планете, включая леса, пустыни, высокогорные регионы и заснеженные районы. Он сталкивается с различными неблагоприятными факторами, а следовательно, в его клетках могут работать эффективные антиоксидантные системы. Поэтому авторы выбрали Bracteacoccus minor как потенциальный источник защитных соединений. Ученые собрали образцы этой водоросли в почве соснового леса Воронежской области (штамм MZ-Ch39) и в почве лиственных посадок в Мелитополе (штамм MZ-Ch31). Биологи выращивали клетки в течение трех недель, а затем анализировали их биохимический состав.

Сначала авторы оценили, сколько соединений с антиоксидантными свойствами накапливалось в клетках двух штаммов. Среди таких веществ оказались каротиноиды, витамины А и Е. При этом штамм MZ-Ch39 накапливал почти в 17 раз больше витамина А, чем второй штамм. MZ-Ch31, в свою очередь, содержал в 4,6 раз больше витамина Е и в 3,2 раза больше каротиноидов. Также биомасса штаммов была богата на омега-6 и омега-3 жирные кислоты. Авторы установили, что количества альфа-токоферола в клетках штамма MZ-Ch31 оказалось на 73% больше, чем у другого высокопродуктивного штамма, описанного ранее. Высокие концентрации этой молекулы потенциально позволят использовать штамм MZ-Ch31 в биотехнологии при массовом производстве витамина Е, основу которого составляет альфа-токоферол.

Кроме этого, ученые оценили эффективность антиоксидантных систем исследованных штаммов. Такие оценки проводят, определяя количество вторичных продуктов распада липидов в клетках и активность антиоксидантных ферментов. Чем больше активных форм кислорода накапливается в клетках, тем активнее разрушаются липиды клеточных мембран и быстрее накапливаются вторичные продукты их распада. Концентрация таких продуктов у штамма MZ-Ch39 оказалась в 2,1 раза ниже, чем у штамма MZ-Ch31. Ученые предполагают, что это связано с повышенной активностью основных антиоксидантных ферментов каталазы и глутатионпероксидазы в клетках MZ-Ch39 по сравнению со штаммом MZ-Ch31. То есть в клетках MZ-Ch39 была представлена более эффективная система антиоксидантной защиты. Потенциально культуры штамма MZ-Ch39 могут стать «биоинкубатором» соответствующих антиоксидантных ферментов.

Таким образом, два штамма по-разному реализовывали антиоксидантную защиту. У MZ-Ch31 она осуществлялась преимущественно за счет низкомолекулярных антиоксидантов. У MZ-Ch39 преимущественно работали антиоксидантные ферменты, разрушающие токсичные для мембран соединения. Авторы предположили, что эти различия связаны с адаптацией штаммов к специфическим факторам среды.

«Современное общество все острее ощущает проблему дефицита биологически активных соединений природного происхождения, которые будут основой продуктов питания, кормов, фармакологических и косметических препаратов нового поколения. Источником таких соединений, как свидетельствуют многочисленные исследования, могут быть микроводоросли. Поэтому интерес к их изучению неуклонно растет. Исследованные зеленые микроводоросли показали высокий биотехнологический потенциал. Они могут служить ценным ресурсом для получения витамина Е и А, а также антиоксидантных ферментов. В дальнейшем мы планируем расширить наши исследования, изучить способность других видов микроводорослей производить антиоксидантные соединения, особенно видов, которые живут в экстремальных местообитаниях и, очевидно, обладают высокоэффективными системами защиты клеток от неблагоприятных воздействий», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ирина Мальцева, доктор биологических наук, профессор, декан факультета естественных наук Мелитопольского государственного университета.