ДІЯ НАНОЧАСТИНОК ДІОКСИДУ ЦЕРІЮ НА ОКРЕМІ ПОКАЗНИКИ СИНТЕТИЧНОЇ АКТИВНОСТІ RHODOTORULA GLUTINIS
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2020.02.166Keywords:
Rhodotorula glutinis, быомаса, наночастинки, протеїни, ліпіди, каротиноїди, екзополісахариди, антагонізм, стійкістьAbstract
Наночастинки діоксиду церію (НДЦ, НЧ СеО2) володіють значними каталітичними та антиоксидантними
властивостями, завдяки своїй здатності інгібувати розвиток вільнорадикальних реакцій внаслідок поєднання
супероксиддисмутазної та каталазної міметичної активностей. Даний нанопрепарат проявляє значний антиба-
ктеріальний ефект, але виявляється низькотоксичним щодо одноклітинних дріжджових грибів Saccharomyces
cerevisiae. Тому актуальним та доцільним є дослідження впливу цієї сполуки на інші групи дріжджів, зокрема
представників роду Rhodotorula spp., для яких характерна висока швидкість росту, невибагливість до компонен-
тного складу середовища культивування, здатність утворювати різноманітні цінні біологічно активні сполуки, а
також можливість синтезу білків, ліпідів, каротиноїдів та екзополісахаридів у комплексі. Повідомлення про те,
що мікроорганізми даного роду ідентифіковані як частина нормальної мікробіоти риб (Abramis brama, Rutilus
rutilus, Perca fluviatilis, Oreochromis niloticus) розширює спектр їх використання або загалом як пробіотиків, або
їх окремих клітинних та позаклітинних компонентів як пребіотиків у аквакультурі.
У даній роботі проведено дослідження впливу різних концентрацій нанопрепарату НЧ СеО2 на продукційні
показники Rhodotorula glutinis, а також перевірка їх антагоністичних властивостей після насичення НДЦ. Для
виявлення оптимальної концентрації нанопрепарату діоксиду церію проводили культивування R. glutinis впро-
довж 120 год за температури 28 0С та аерації 160 об/хв на середовищі Сабуро з додаванням НЧ СеО2, стабі-
лізованого цитратом, з розміром частинок 1-2 нм у наступних концентраціях: 100 мМ, 10 мМ, 1 мМ, 0,1 мМ,
0,01 мМ. Контролем слугували родоторули, вирощені на середовищі Сабуро, дослідні контролі представлені
мікроорганізмами, у культуральне середовище яких вносили цитрат та повнорозмірний церій (СеСl3). Встанов-
лено, що більшість досліджуваних концентрацій НДЦ (за винятком найвищої) не є токсичною для даних каро-
тиногенних дріжджів. Наявність 10 мМ НЧ СеО2 стимулює ріст культури, при цьому кількість біомаси зро-
стає у 4 рази порівняно з контролем. Відзначено також збільшення вмісту основних метаболітів – білку у 1,2
рази, ліпідів у 2,5 рази та цінних біологічно-активних сполук – каротиноїдів на 20% та екзополісахаридів у 2,2
рази. Проте за даних умов не зареєстровано значних змін каталазної та супероксидазної активностей. Пере-
вірка антагоністичних властивостей збагаченої НДЦ культури R. glutinis методом відстроченого антагонізму
за методикою перпендикулярних штрихів щодо грампозитивної B. subtilis та грамнегативної P. syringae бак-
терій показала наявність зон лізису до 17 та 25 мм відповідно, на противагу їх повній відсутності чи незнач-
ним розмірам (2 мм), відзначених при дослідженні контрольних зразків.
Визначення стійкості R. glutinis, культивованої за умов наявності у середовищі наночастинок діоксиду це-
рію, до природних інгібіторів травного тракту показало резистентність мікроорганізмів щодо шлункового
соку (кількість КУО у 1,4 рази більша за контрольні значення) та жовчі (зафіксовано збільшення виживаності
мікроорганізмів у 5 разів). Отримані результати засвідчують перспективність використання НДЦ для мобілі-
зації ростової, ферментативної, антагоністичної активностей культури R. glutinis.
References
Tsekhmistrenko O. et al. Biomimetic and antioxidant activity of nano-crystalline cerium dioxide. The world of medicine and biology. 2018; 1: 196–201.
Vasyliuk O., Kovalenko N., Garmasheva I. Antagonistic properties of lactobacillus plantarum strains, isolated from traditional fermented products of ukraine. Microbiological Journal. 2014; 76(3): 24–30.
Zholobak N. Àntibacterial Effects of the Colloidal (Nanosized) Cerium Dioxide. Bulletin of problems of biology and medicine. 2015; 2(3): 23–28.
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.
Kiritsa E. Directed synthesis of carotenoids in yeast and the prospect of their use: dis. Dr. biol. Science: 03.00.23. Chisinau, 2005. 129 p.
Kovalenko N. Et al. Probiotic properties of industrial strains of lactobacilli and bifidobacteria. Mikrobiolohichnyi Zhurnal. 2010; 72(1): 9–17.
Syrota T. A new approach in the study of the process of autooxidation of adrenaline and its use to measure the activity of superoxide dismutase. Questions med. chemistry. 1999; 3: 1–10.
Babenko L. et al. Antimicrobial action of cerium coloid solution on opportunistic microorganisms in vitro. /Mikrobiolohichnyi Zhurnal. 2012; 74(3): 54–62.
Bligh E., Dyer W. A rapid method of total lipid extraction and purification. Canadian Jornal of Biochemistry and Physiology. 1959; 37: 911–917.
Bogusławska-Wąs E., Dłubała A., Laskowska M. The role of Rhodotorula mucilaginosa in selected biological process of wild fish. Fish Physiol Biochem. 2019; 45: 511–521. doi:10.1007/s10695-018-0591-0
Fitriyanto N. et al. Ce3+-induced exopolysaccharide production by Bradyrhizobium sp. MAFF211645. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2011; 111: 146–152. doi:10.1016/j.jbiosc.2010.09.008.
Braunwald T. et al. Effect of different C/N-ratios on carotenoid and lipid production by Rhodotorula glutinis. Appl Microbiol Biotechnol. 2013; 97: 6581–6588.
Bölükbaşı S. et al. Effects of cerium oxide supplementation to laying hen diets on performance, egg quality, some antioxidant enzymes in serum and lipid oxidation in egg yolk. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition. 2016; 100: 686–693. doi:10.1111/jpn.12429
Effects of dietary hydrolyzed yeast (Rhodotorula mucilaginosa) on growth performance, immune response, antioxidant capacity and histomorphology of juvenile Nile tilapia (Oreochromis niloticus) / X. Chen et al. Fish and Shellfish Immunology. 2019; 90: 30–39. doi:10.1016/j.fsi.2019.03.068
Farias I., Dos Santos C., Sampaio F. Antimicrobial Activity of Cerium Oxide Nanoparticles on Opportunistic Microorganisms: A Systematic Review. Biomed Res Int. 2018; 2018: 1923606. doi:10.1155/2018/1923606
Goth L. A simple method for determination of serum catalase activity and revision of reference range. Clinica Chimica Acta. 1991; 196(2–3): 143–151
Kolouchova I. et al. Influencing fatty acid composition of yeasts by lanthanides. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2016; 38: 116–126. doi:10.1007/s11274-016-2093-5
García-Saucedo С. et al. Low toxicity of HfO2, SiO2, Al2O3 and CeO2 nanoparticles to the yeast, Saccharomyces cerevisiae. Journal of Hazardous Materials. 2011; 192: 1572–1579. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.06.081
Papanikolaou S., Aggelis G. Lipids of oleaginous yeasts. Part I: Biochemistry of single cell oil production. Journal of Lipid Science and Technology. 2011; 133: 1031–1039.
Bityutskyy V. et al. Perspectives of cerium nanoparticles use in agriculture The Animal Biology. 2017; 19 (3): 9–17. https://doi.org/10.15407/animbiol19.03.009
Lowry О. et al. Protein measurement with Folin phenolreagent. J. Biol. Chem. 1951; 193: 265–275.
Kot A. et al. Rhodotorula glutinis – potential source of lipids, carotenoids, and enzymes for use in industries. Applied microbiology and biotechnology. 2016; 100: 6103–6117.
Thakur N., Manna P., Das J. Synthesis and biomedical applications of nanoceria, a redox active nanoparticle. J Nanobiotechnology. 2019; 17. doi:10.1186/s12951-019-0516-9
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. doi:10.1016/j.jphotobiol.2010.09.002
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
