Микроводоросль гематококк озерный в ответ на стресс вырабатывает астаксантин — полезную в сельском хозяйстве кормовую добавку, используемую при разведении рыбы и птицы. Ученые из ЛЭТИ исследовали, каким образом можно улучшить рост культуры гематококка, чтобы в дальнейшем сделать производство астаксантина более эффективным и экономичным.

Гематококк озерный (Haematococcus lacustris) — пресноводная одноклеточная зеленая микроводоросль. В ответ на стрессовые факторы, например, на повышение солености среды обитания, эти микроводоросли начинают вырабатывать большое количество астаксантина — ярко-красного пигмента, сильного антиоксиданта.

Астаксантин, получаемый из микроводорослей, применяется при производстве пищевой добавки для нужд аквакультуры (лосось) и птицеферм. Этот ценный каротиноид также используется в качестве компонента косметических средств, биологически активных добавок и основы для разработки лекарственных препаратов.

Однако современные способы получения астаксантина из Haematococcus lacustris с помощью солевого стресса малоэффективны, поскольку большая часть микроводорослей погибает от стресса еще до того, как начинает вырабатывать полезный антиоксидант. Поэтому сегодня ведутся поиски повышения производительности культуры гематококка.

Изменение структуры клетки микроводоросли под микроскопом / ©Пресс-служба ЛЭТИ

«В условиях солевого стресса у микроводорослей запускается аутофагия — процесс, в ходе которого поврежденные или ненужные клетке структуры расщепляются на отдельные “строительные кирпичики”. При этом высвобождается необходимая для клетки энергия, а “кирпичики” могут использоваться для синтеза новых полезных молекул. В нашем исследовании мы решили одновременно с солевым раствором ввести в культуру микроводорослей химическое вещество AZD8055, которое способно усиливать аутофагию. Мы предположили, что с его помощью улучшится выживание клеток, что может увеличить выход астаксантина», – рассказывает заведующая лабораторией молекулярной и экологической физиологии Ботанического института имени Комарова РАН, ведущий научный сотрудник НЦМУ Павловский центр Ольга Войцеховская.

Данные исследования проводятся в рамках деятельности Научного центра мирового уровня (НЦМУ) Павловский центр «Интегративная физиология – медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости», который был создан в 2020 году по нацпроекту «Наука и университеты». В состав НЦМУ входят СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и три учреждения РАН – Институт физиологии имени И. П. Павлова, Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова и Институт медико-биологических проблем.

Заведующая лабораторией молекулярной и экологической физиологии Ботанического института имени Комарова РАН, ведущий научный сотрудник НЦМУ Павловский центр Ольга Войцеховская / ©Пресс-служба ЛЭТИ

Эксперименты проводились в емкостях со слабо концентрированным солевым раствором и добавкой AZD8055. В таких условиях произошла небольшая активация аутофагии в клетках микроводорослей, и оказалось, что она стимулирует деление клеток и рост культуры. Кроме того, с помощью электронной микроскопии ученые провели детальные исследования внутриклеточных структур Haematococcus lacustris с целью понять, как именно протекает аутофагия в клетках этой микроводоросли. В ходе анализа впервые удалось показать, что данный процесс у гематококка имеет сходство скорее с аутофагией животных, чем растений.

Результаты исследований опубликованы в научном журнале Plants.

«Нам удалось добиться того, что клетки стали расти быстрее. Но пока увеличения выхода астаксантина достичь не удалось. Однако проведенные эксперименты позволили существенно уточнить, как функционируют клетки гематококка, как проходит аутофагия у этих микроорганизмов. В будущем эти знания позволят нам повысить эффективность получения астаксантина из Haematococcus lacustris. Сейчас наши эксперименты продолжаются», — поясняет Ольга Войцеховская.

В дальнейшем ученые планируют разработать новый скорректированный состав культуральной среды для проведения экспериментов. В исследовательский коллектив вошли ученые из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Ботанического института имени Комарова РАН и Санкт-Петербургского государственного университета.