ВПЛИВ ЦЕРІЮ НА МОНОКУЛЬТУРУ MICROCYSTIS AERUGINOSA (KÜTZING) KÜTZING
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2021.01.024Keywords:
церій, ціанобактерії, біомаса, білки, ліпіди, хлорофіл а, каротиноїдиAbstract
Робота присвячена вивченню впливу церію у вигляді солі та наночасток на культуру грамнегативних токсичних прісноводних ціанобактерій Microcystis aeruginosa (Kützing) Kützing. M. aeruginosa – типовий представник альгофлори помірних широт, здатний продукувати нейро- та гепатотоксини (мікроцистин та ціанопептолін). Слід зазначити, що вид є перспективним продуцентом органічної сировини для різних потреб: отримання енергоносіїв та біодобрив, а також є джерелом нутрієнтів та біологічно активних речовин. Оцінювали вплив нанорозмірного діоксиду церію (НР СеО2) та солі СеCl3 на продукційні показники ціанобактерії.Виявлено значний приріст біомаси у культурі M. aeruginosa як відповідь на додавання церію в обох досліджених формах – НР СеО2 та СеСl3, хоча збільшення біомаси виражене по-різному в залежності від застосованих концентрацій (0,001-10 мМ). Високі концентрації солі церію (10 мМ) пригнічували ростову активність тест-об’єкта, тоді як при внесенні аналогічної кількості НР СеО2 кількість біомаси M. aeruginosa була максимальною і на момент завершення експерименту майже шестикратно перевищувала кількість біомаси контрольного зразка. Виявлено, що застосування церію не впливає на вміст хлорофілу а у клітинах M. aeruginosa, тоді як вміст ліпідів у клітинах досліджуваної ціанобактерії значно збільшується: у 2-2,5 рази при концентраціях 0,01 – 1 мМ, а при 0,001 мМ вміст ліпідів у 4 рази перевищував їх вміст у контрольних зразках. Концентрації 10 – 100 мМ різко (у 8 разів порівняно з кількістю ліпідів контрольного зразка) знижували вміст ліпідів в клітинах M. aeruginosa. Застосування НР СеО2 або СеСl3 супроводжується зменшенням загальної кількості протеїнів: виявлено майже десятикратне зниження при концентраціях 10-100 мМ; максимальний вміст білку виявлено
при 0,0001 мМ НР СеО2, однак цей показник у 2,5 рази менший, ніж контрольного зразка. Визначено, що концентрація НР СеО2 10 мМ дозволяє суттєво збільшити вихід біомаси M. aeruginosa; а застосування концентрації 0,001 мМ супроводжується максимальним збільшенням вмісту ліпідів та збалансованими показниками за вмістом протеїнів та хлорофілу а
References
Anschau A. et al. Validation of the sulfo-phosphovanillin (SPV) method for the determination of lipid content in oleaginous microorganisms. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2017; 34: 19–27.
Bour A., Mouchet F., Verneuil L., Evariste L., Silvestre J., Pinelli E, Gauthier L. Toxicity of CeO2 nanoparticles at different trophic levels – Effects on diatoms, chironomids and amphibians. Chemosphere. 2014; 120: 230-236. 30 Biological systems. Vol. 13. Is. 1. 2021
Dedman C. J., Rizk M. I., Christie-Oleza J. A., Davies G.-L. Investigating the impact of cerium oxide nanoparticles upon the ecologically significant marine cyanobacterium Prochlorococcus. Frontiers in Marine Science. 2021; 8: 1-15.
Ghafari M, Rashidi B, Haznedaroglu BZ. Effects of macro and micronutrients on neutral lipid accumulation in oleaginous microalgae. Biofuels. Biorefinery for fuels and platform chemicals. 2016; 9 (2): 147- 156.
Gottschalk F., Lassen C., Kjoelholt J., Christensen F., Nowack B. Modeling flows and concentrations of nine engineered nanomaterials in the Danish environment. Public Health. 2015; 12 (5): 5581-5602.
Guiry M.D., Guiry G.M. AlgaeBase. World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway. - 2020. https://www.algaebase.org
Lowry О. et al. Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem. 1951. 193: 265–275
Okupnik A., Contardo-Jara V., Pfugmacher S. Potential role of engineered nanoparticles as contaminant carriers in aquatic ecosystems: Estimating sorption processes of the cyanobacterial toxin microcystin-LR by TiO2 nanoparticles. Colloids Surf. 2015; 481: 460– 467.
Rodea-Palomares I., Boltes K., Fernández-Piñas F., Leganés F, García-Calvo E., Santiago J., Rosal R. Physicochemical Characterization and Ecotoxicological Assessment of CeO2 Nanoparticles Using Two Aquatic Microorganisms. Toxicological Sciences. 2015; 119(1): 135-145.
Röhder L.A., Brandt T., Sigg L., Behra R.: Influence of agglomeration of cerium oxide nanoparticles and speciation of cerium(III) on short term effects to the green algae Chlamydomonas reinhardtii. Aquatic Toxicology. 2014; 152: 121-130.
Sendra M., Yeste P.M., Moreno-Garrido I., Gatica J.M., Blasco J. CeO2 NPs, toxic or protective to phytoplankton? Charge of nanoparticles and cell wall as factors which cause changes in cell complexity. Science of The Total Environment. 2017; 590–591: 304- 315.
Tsekhmistrenko O. et al. Biomimetic and antioxidant activity of nano-crystalline cerium dioxide. The world of medicine and biology. 2018; 1: 196–201.
Voloshin R.A., Kreslavskii V.D., Zharmukhamedov S.K., Bedbenov V.S., Allakhverdiev S.I. Photoelectrochemical cells based on photosynthetic systems: a review. Biofuel Research Journal. 2015; 6: 227-235.
Zhao G., Wu D., Cao S., Du W., Yin Y., Guo H.. Effects of CeO2 Nanoparticles on Microcystis aeruginosa Growth and Microcystin Production. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2020; 104: 834-839.
Zholobak N. et al. UV-shielding property, photocatalytic activity and photocytotoxicity of ceria colloid solutions. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2011; 102: 32–38.
Zholobak N. On the mechanisms of antibacterial and probiotic effect of colloidal (nano-sized) cerium dioxide. Bulletin of problems of biology and medicine. 2016; 2 (1): 9–15.
