Исследования биологов МГУ доказано влияние стресса на пигментацию водорослей

Ученые МГУ разработали инновационный подход для проведения неинвазивного исследования процесса каротиногенеза у растений в условиях стресса.

Эксперимент был проведен на микроводорослях Bracteacoccus aggregatus. Для этой цели исследователи использовали рамановскую микроспектрометрию в сочетании с микроскопией, позволяющей визуализировать длительность жизни флуоресценции. Проверка точности полученных данных осуществлялась с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. Такой подход позволил изучить биохимические и структурные изменения в клетках почти в реальном времени. Результаты исследования были опубликованы в журнале Protoplasma. Об этом сообщили в пресс-службе университета.

Каротиноиды, получаемые из растений, нашли применение в различных отраслях. Их используют в качестве биодобавок, безопасных красителей в пищевой и косметической промышленности, а также при производстве лекарств. Каротиноиды, которые отличаются желтыми, оранжевыми и красными оттенками, играют важную роль в защите от окислительного стресса, избыточного освещения, а также участвуют в фотосинтезе, придавая растениям привлекательные цвета для насекомых-опылителей.

Особый интерес вызывают микроводоросли, способные накапливать высокие концентрации каротиноидов (до 5% от веса сухой биомассы). Массовое образование каротиноидов, или каротиногенез, активизируется при стрессовых условиях для клеток микроводорослей. По изменениям в окраске клеток, замедлению деления и уменьшению количества хлорофилла исследователи могут определить, идет ли процесс каротиногенеза.

Следует отметить, что основной способ получения каротиноидов в промышленности — это химический синтез.

Биотехнологический способ получения из микроводорослей является дорогостоящим и оправданным с экономической точки зрения только для производства ценных биодобавок и лекарств. Для более эффективного использования этого метода необходимо более детально изучить процессы каротиногенеза, включая транспорт и распределение каротиноидов в клетках.

В рамках исследований разработаны новые подходы, предлагающие альтернативу инвазивным методам исследования структуры микроводорослей. Ученые из кафедр биофизики и биоинженерии биологического факультета МГУ и ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» предложили комбинацию методов, таких как рамановская спектроскопия, FLIM и ТЭМ, для изучения каротиногенеза и структуры клеток микроводорослей.

Эксперименты на микроводоросли Bracteacoccus aggregatus показали, что новая методика позволяет изучать динамику синтеза каротиноидов и их распределение в клетках без их разрушения. Эта комбинация методов позволяет исследовать каротиногенез почти в реальном времени, обеспечивая точные данные без химической фиксации, требуемой для ТЭМ. Данная методика может быть применена для изучения каротиногенеза на различных уровнях клетки. Это позволяет получать информацию о реакции отдельных клеток на стрессовые факторы, что имеет большое значение для повышения производительности выращивания микроводорослей и делает натуральные каротиноиды более доступными.

Профессор биоинженерии биологического факультета МГУ Алексей Соловченко подчеркнул, что новая методология расширяет понимание процессов синтеза пигментов и позволяет более эффективно управлять условиями выращивания микроводорослей.