Chlorella sp. ESP-6 mikroalginde triaçilgliserol üretimi için en uygun stres düzeyinin belirlenmesi

Abstract

Kısa yaşam döngüleri, kolay manipüle edilebilmeleri ve tarıma uygun olmayan alanlarda kolayca üretilebilmeleri gibi özellikleriyle mikroalgler, sürdürülebilir yolla katma değeri yüksek ürün eldesi için biyoteknoloji endüstrisinde önemli bir kullanım potansiyeline sahiptir. Genel olarak biyotik ya da abiyotik stres faktörüne cevapta mikroalglerde ergastik maddeler ya da sekonder metabolitlerin üretimi değişkenlik gösterir. Chlorella cinsi mikroalgler katma değeri yüksek ürün eldesi çalışmalarında sıklıkla kullanılan türlerdir. Bu çalışmada, Bitlis il sınırları içerisinde bulunan volkanik bir göl olan Nemrut Gölünden izole edilen Chlorella sp. ESP-6 mikroalginde oksitatif strese bağlı olarak lipid miktarında ve formasyonundaki değişiklikler incelenmiştir.Tez çalışmasında kullanılan Chlorella sp. ESP-6 mikroalgi için önerilen genel üretim ortamlarından olan BBM çözeltisi bu çalışmada Chlorella sp. ESP-6 türü için kullanılmış, kontrol grubunun yanı sıra 1, 5, 20µM yoğunluklarda H2O2 içeren büyütme ortamlarında 72 saat boyunca triaçilgliserol ve nötral lipid üretimindeki değişiklikler kaydedilerek ilgili parametreler değerlendirilmiştir. H2O2 uygulaması ilk günden itibaren büyümede önemli düzeyde baskılanmaya sebep olmuştur. Uygulamanın ilk 5 gününde büyümedeki baskılanma artmış, takip eden günlerde 1µM ve 5µM H2O2 uygulanan gruplarda büyüme yeniden gelişmiş ve baskılanma kalkmıştır. Diğer taraftan H2O2 yoğunluğu 20uM olarak uygulanan grupta yeniden büyüme gerçekleşmemiştir. Klorofil a, b ve toplam klorofil miktarı H2O2 uygulanan gruplarda konsantrasyon ile doğru orantılı olarak ilk 24 saatte artmış, daha sonra da azalmıştır. 72 saat sonra klorofil a ve toplam klorofil içeriğindeki azalma görülmüştür. Mikroalglerin içerdikleri toplam karotenoid miktarları klorofil içeriklerindeki değişim ile paralellik göstermiştir. FT-IR analizi ile belirlenen TAG içeriklerindeki değişim 24 saatin sonunda özellikle 5uM H2O2 uygulamasında yaklaşık %220 artış ile en yüksek düzeyde artış göstermiştir. Benzer şekilde kontrol grubuna kıyasla 5uM H2O2 uygulamasına cevapta ilk 24 saatte mikroalglerin içerdikleri toplam oligosakkarit miktarı da yaklaşık olarak %56 oranında, toplam polisakkarit miktarı ise %51 oranında artmıştır. Farklı yoğunluklarda H2O2 uygulanan mikroalglerin nil kırmızısı ile boyanarak çekilen floresans görüntülerinden de 5uM H2O2 uygulamasının ilk 24 saat içerisinde nötral lipid üretimini önemli oranda tetiklediği belirlenmiştir. Sonuçlar, kısa süreli H2O2 uygulamasının mikroalglerden biyodizel hammaddesi olan triaçilgliserol üretiminde kullanılabilecek bir yaklaşım olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Chlorella , H2O2, nötral lipid, lipid kesecikleri, oxidatif stres

Microalgae have a considerable potential in the biotechnology industry for the sustainable production of value-added products as they have a short life cycle, they can be easily manipulated, and cultivated in the non-arable landscape. In general, production of ergastic and secondary metabolites in microalgae differentiate in response to a biotic and abiotic stress factor. Chlorella strains are mostly preferred for the production of value-added metabolites. In this study, oxidative stress depended changes in lipid production and formation in Chlorella sp. ESP-6 which was isolated from Lake Nemrut, a volcanic lake located in Bitlis province, was analyzed. The growth solution for growing Chlorella ESP-6 was BBM which is an internationally accepted growth medium for green microalgae. For experimentation, microalgae were cultivated in controlled or growth medium with 1, 5, and 20µM H2O2 during 72 hours for evaluation of changes in triacylglycerol, neutral lipid, and related parameters. Hydrogen peroxide application caused a significant decrease in growth starting from the first day. Intriguingly, there was a continuous suppression of growth during five days of H2O2 addition; however, the growth was induced again after this time point in 1µM and 5µM H2O2 added microalgae group after this time point while suppression of growth was continuous in the 20µM H2O2 group during 12 days of growth. The H2O2 contents of microalgae showed a time- and concentration-dependent changes in the growth medium. The Chlorophyll a, b and total chlorophyll contents exponentially increased during 24 hours and then gradually decreased, lasting with statistically significant decreases at the end of 72 hours of incubation period. The total carotenoid content of microalgae showed similar trends as seen in total chlorophyll content. Increase in TAG content reached its maximum with 220% at the end of 24 hours of incubation in 5uM H2O2 supplemented medium. Likewise, total oligosaccharide and polysaccharide contents increased over 56% and 51% in response to 5uM H2O2 addition during 24 hours of incubation. Fluorescence staining and imaging of cytoplasmic lipid bodies support the increase of TAG as a response to an increase in the stress level. The results refer that short-term H2O2 application might be a considerable approach to induce TAG production in microalgae. Keywords: Chlorella , H2O2, lipid,nötral lipid, lipid body, oxidative stress