A nitrogénkoncentráció hatása a lila algák növekedésére és bioaktív termékeinek szintézisére zöld fényviszonyok között
A Porphyridium cruentum a Porphyridiaceae családba és a Porphyridium nemzetségbe tartozó, viszonylag primitív, egysejtű vörösmoszatok közé tartozó alga. Ez az egyetlen egysejtű mikroalga a makroalgák törzsében. A lila algák képesek bioaktív anyagok, például fikobiliproteinek, többszörösen telítetlen zsírsavak (PUFA-k) és szulfátészter extracelluláris poliszacharidok szintézisére. Ismail és munkatársai fikobiliproteineket használtak ezüst nanorészecskék előállítására, és a kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a részecskék erősebb antibakteriális, antioxidáns és vírusellenes aktivitást mutattak, mint az eredeti fikobiliproteinek. A PUFA-k esetében számos klinikai vizsgálat megerősítette, hogy a PUFA-k fogyasztása elősegítheti az idegsejtek és szövetek fejlődését, csökkentheti a daganatok, szív- és érrendszeri betegségek és más krónikus betegségek előfordulását. A lila algák szulfát poliszacharidja különböző biológiai funkciókkal rendelkezik, például vírusellenes, sugárzásellenes, antioxidáns és rákellenes. Ezért a lila algákból származó bioaktív anyagok fejlesztése nagy jelentőséggel bír az olyan iparágak fejlődése szempontjából, mint a biomedicina, a kozmetikumok és az egészséges élelmiszerek Kínában.
Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy más fényforrásokkal, például az izzólámpákkal és a fémhalogénlámpákkal összehasonlítva a fénykibocsátó dióda (LED) lámpák élettartama hosszabb (kb. 50000 óra), és előállításuk környezetbarátabb. Ezeket széles körben használják mikroalgák termesztésére. Kutatócsoportunk a közelmúltban megállapította, hogy a Porphyrium cruentum (FJ-12) zöld LED-fényben nő a legjobban a kék, vörös és fehér LED-fényekhez képest. Ezért ebben a tanulmányban a lila algák tenyésztéséhez használt fényforrás a zöld LED-fény volt.
Vannak olyan tanulmányok, amelyek szerint jelentős összefüggés van a lila algasejtek növekedési jellemzői és a hatóanyagaik termelése, valamint a nitrogénforrások koncentrációja között. Guih é neuf et al. azt találták, hogy a nitrogénhiányos körülményekhez képest a lila algák nitrogénben gazdag körülmények között (1g/L) elősegítik a fikoeritrin vagy a fikobiliprotein szintézisét; nitrogénhiányos körülmények között azonban a lila algák előnyösek a PUFA-k szintézisére és az extracelluláris poliszacharidok kiválasztására. Korábbi vizsgálatok is hasonló eredményeket hoztak. Ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy a nitrogénkoncentráció szabályozza a fehérje-, olaj- és szénhidrát-anyagcsere egyensúlyát a mikroalgák sejtorganellumaiban, befolyásolva a mikroalgák által tárolt anyagok irányát. Ahogy a korábbi kutatások kimutatták, a nitrogénszabályozás csak a fikocianin vagy a PUFA-k és az extracelluláris poliszacharidok szintézisét szabályozhatja a Porphyromonas reinhardtii által. Ezért nagyon szükséges a Porphyromonas reinhardtii termesztésének folyamatfeltételeit úgy szabályozni, hogy a szervezet anyagcseréje optimális egyensúlyi állapotban legyen, és így elérjük a fikocianin, a PUFA-k és az extracelluláris poliszacharidok szinergikus szintézisét.
Vizsgálatok kimutatták, hogy kedvezőtlen fényminőségi körülmények között a mikroalgákban megnő a reaktív oxigénfajok (ROS) szintje, ami felgyorsítja a fikoeritrin vagy a fikobiliprotein oxidációját vagy lebomlását, csökkenti a fényfotonok abszorpcióját, és befolyásolja a fénygyűjtés hatékonyságát és a fotoszintézist. Előzetes kutatásaink szerint a LED zöld fény a legmegfelelőbb fényminőség a Porphyridium cruentum (FJ-12) termesztéséhez. Ezért szükséges megvizsgálni a különböző nitrogénforrás-koncentrációk hatását a lila algák növekedésére és a hatóanyagok szintézisére LED zöld fénykörülmények között. A Porphyromonas aeruginosa algából származó fikocianin, PUFA-k és extracelluláris poliszacharidok szinergikus szintéziséhez legmegfelelőbb tenyésztési eljárás keresése. Jelenleg még nem számoltak be e területen végzett kutatásokról. Kutatócsoportunk meglévő kutatásai alapján a Porphyridium cruentum (FJ-12) algafajt választottuk ki. LED zöld fény körülmények között szisztematikusan értékeltük a különböző nitrogénforrás-koncentrációk hatását a Porphyridium cruentum sejtek növekedésére és a fikobiliproteinek, PUFA-k és extracelluláris szulfátos poliszacharidok szintézisére, hogy megoldjuk a Porphyridium cruentum bioaktív anyagok szinergikus szintézisének technikai szűk keresztmetszetét, és gyakorlati alapot biztosítsunk a Porphyridium cruentum bioaktív anyagok szinergikus szintézisének ipari termesztéséhez.

Zöld LED-es fénykörülmények között vizsgálták a különböző nitrogénkoncentrációk (0, 0,5, 1 és 1,5 g/l) hatását a lila algasejtek növekedésére és az aktív termékek szintézisére. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a lila algasejtek maximális biomasszáját (3,09 g/l) 1 g/l nitrogénkoncentráció mellett lehetett elérni; 1 g/l és 1,5 g/l nitrogénkoncentráció mellett a lila algasejtek nagyobb koncentrációban és hozammal képesek az APC, B-PE, R-PC, extracelluláris poliszacharidok, ARA és EPA előállítására. Ezen túlmenően, más korábbi tanulmányokkal ellentétben, ez a tanulmány nem mutatott csökkenő tendenciát a Porphyromonas sp. ezen hatóanyagok szintézisében magas nitrogénkoncentrációjú körülmények között, LED zöld fény mellett. A Porphyromonas sp. képes elérni a fikobiliproteinek, az extracelluláris szulfátos poliszacharidok és a PUFA-k szinergikus szintézisét, ami gyakorlati alapot biztosít a bioaktív anyagok fejlesztéséhez a Porphyromonas sp. nagyüzemi akvakultúrájában.