Биоразведка промышленно значимого экзополисахарида

Том 13 научных докладов, номер статьи: 13561 (2023) Цитировать эту статью

314 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Цианобактериальные экзополисахариды (ЭПС) являются потенциальными кандидатами для производства устойчивых биополимеров. Хотя биоактивные и физико-химические свойства ЭПС на основе цианобактерий привлекательны, их коммерческое использование ограничено высокими затратами на производство. Биоразведка и характеристика новых штаммов, продуцирующих ЭПС, для промышленно важных условий являются ключом к облегчению их внедрения в различные биотехнологические приложения и области. В настоящей работе мы выбрали двадцать пять штаммов португальских цианобактерий из разнообразного таксономического диапазона (включая некоторые роды, изучаемые впервые) для выращивания при дневном освещении и температуре, имитирующих климатические условия Португалии, и оценили их ростовые характеристики и проксимальные состав макроэлементов. Роды Synechocystis и Cyanobium морского и пресноводного происхождения были отмечены как быстрорастущие (0,1–0,2 г л-1 день-1) с отчетливым составом биомассы. Синехоцистис сп. LEGE 07367 и Chroococcales cyanobacterium LEGE 19970 показали продукцию 0,3 и 0,4 г л-1 высвободившихся полисахаридов (RPS). Было обнаружено, что это полимеры на основе глюканов с высокой молекулярной массой и меньшим количеством моносахаридов, чем обычно сообщается для цианобактериальных ЭПС. Кроме того, было подтверждено отсутствие известных цианотоксинов у этих двух продуцентов РПС. Эта работа представляет собой первые шаги для развития биопроцессов цианобактерий EPS в португальском климате.

Цианобактерии и микроводоросли вносят основной вклад в биоэкономику, обеспечивая сырье для производства продуктов питания, кормов, биоэнергетики, косметики и биопластиков1. Кроме того, значительные усилия в области исследований и разработок позволяют использовать нынешнее промышленное производство этих фотоавтотрофных фабрик в экономически целесообразных приложениях2. Некоторые продукты, такие как биополимеры (т.е. полимерные вещества природного происхождения), по-прежнему ограничены стоимостью производства и мощностью, если рассматривать их для оптовых рынков. Однако существуют рынки с высокой добавленной стоимостью для конкретных применений, где биополимеры цианобактерий/микроводорослей могут быть успешно коммерциализированы благодаря их специфическим физико-химическим и/или биоактивным свойствам3,4,5. Актуальность этих биополимеров в биоэкономике можно оценить благодаря технологическим усовершенствованиям и открытию новых фотоавтотрофных фабрик1. Таким образом, биопоиск промышленно важных условий (например, света, температуры) является ключом к развитию биопроцессов и снижению затрат6,7.

Цианобактерии являются многообещающим источником биополимеров в форме полисахаридов, которые обнаруживаются внутриклеточно (например, гликоген) или внеклеточно в виде экзополисахаридов (ЭПС)8,9,10. ЭПС — это богатые полисахаридами экссудаты, которые прилипают к внешней стороне клеточной стенки. Однако они существуют и в супернатанте, не связанные с клеточной стенкой. Хотя происхождение этих полисахаридов в супернатанте до конца не понятно, данные свидетельствуют о том, что они имеют схожий состав моносахаридов11,12,13,14. Однако эти две фазы экстрагируются по-разному и различаются как связанные с клетками полисахариды (CPS) и высвобождаемые полисахариды (RPS)15.

Эти биополимеры интенсивно изучались, и некоторые из них продемонстрировали интересные технофункциональные свойства16,17,18; с биоактивными свойствами, такими как противовирусные, противовоспалительные и ранозаживляющие свойства19,20,21, что делает их хорошими кандидатами для продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Комплексный обзор методологий, применяемых для биоразведки цианобактериальных ЭПС, выявил общие черты: профили освещенности и температуры установлены постоянными, а исследованные штаммы преимущественно относятся к порядкам Nostocales и Oscilatoryes и роду Nostoc15. Эти исследования показали, что содержание EPS является специфичным для штамма признаком.