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Nov 14, 2023

Nuove intuizioni sulla coltivazione delle canaline di Euglena gracilis a lungo

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7123 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio mirava a studiare le risposte fisiologiche di Euglena gracilis (E. gracilis) quando sottoposta a semicontinua fame di N (N−) per un periodo prolungato in stagni aperti. I risultati hanno indicato che i tassi di crescita di E. gracilis nella condizione N− (11 ± 3,3 gm−2 d−1) erano più alti del 23% rispetto alla condizione N-sufficiente (N+, 8,9 ± 2,8 gm−2 d−1 ) condizione. Inoltre, il contenuto di paramylon di E.gracilis era superiore al 40% (p/p) di biomassa secca in condizione N− rispetto alla condizione N+ (7%). È interessante notare che E. gracilis ha mostrato numeri di cellule simili indipendentemente dalle concentrazioni di azoto dopo un certo punto temporale. Inoltre, ha dimostrato dimensioni cellulari relativamente più piccole nel tempo e un apparato fotosintetico inalterato in condizioni N−. Questi risultati suggeriscono che esiste un compromesso tra la crescita cellulare e la fotosintesi in E. gracilis, poiché si adatta a condizioni N- semi-continue senza una diminuzione del tasso di crescita e della produttività del paramylon. In particolare, a conoscenza dell'autore, questo è l'unico studio che riporta un elevato accumulo di biomassa e prodotti da parte di un ceppo di E. gracilis di tipo selvatico in condizioni N−. Questa capacità di adattamento a lungo termine recentemente identificata di E. gracilis può offrire una direzione promettente all’industria delle alghe per raggiungere un’elevata produttività senza fare affidamento su organismi geneticamente modificati.

L'Euglena gracilis è un'alga mobile d'acqua dolce unicellulare appartenente alla famiglia dei protisti. Fin dalla sua scoperta nel 16601, ha ricevuto notevole attenzione. E.gracilis è un importante organismo modello per comprendere i meccanismi fotosintetici e i processi cellulari eucariotici, grazie alle sue proprietà uniche di organizzazione dei plastidi e dei cloroplasti2,3. In condizioni di luce aerobica, E. gracilis subisce la fotosintesi e immagazzina la sua energia sotto forma di un polisaccaride di stoccaggio, il β-1-3-glucano non ramificato noto come paramylon3,4. In condizioni anaerobiche di oscurità, E. gracilis converte il paramylon in esteri di cera. Si tratta di lipidi a catena singola composti da acidi grassi saturi (acido miristico C14:0, acido palmitico C16:0 e acido stearico C18:0) e alcoli (alcol miristil)4. Le applicazioni di E. gracilis e dei suoi bioprodotti (paramylon ed esteri di cera) si trovano in vari campi come la fibra alimentare, il trattamento del diabete, il miglioramento del microbiota intestinale, gli integratori alimentari e i biocarburanti5,6,7. Considerata la sua vasta gamma di applicazioni, E. gracilis si è affermata come una promettente microalga industriale. Numerose industrie basate sulle alghe le utilizzano per la produzione su larga scala di alimenti, prodotti sanitari e biocarburanti3.

L’industria delle alghe deve affrontare la sfida costante di ottenere un’elevata produttività della biomassa e dei bioprodotti con bassi costi operativi. Sebbene esistano potenziali benefici derivanti dalle alghe in campi quali la produzione di biocarburanti, il trattamento delle acque reflue, la cattura del carbonio e la mitigazione dei cambiamenti climatici, la loro produttività rimane una barriera di lunga data per l’industria8,9,10. Sebbene la modulazione delle condizioni ambientali e dei nutrienti possa migliorare la formazione di bioprodotti, spesso si traduce in una diminuzione della produttività della biomassa7. Nel caso di E. gracilis il paramylon è considerato un prezioso bioprodotto. Il suo accumulo è stato osservato in varie condizioni come carenza di nutrienti, elevata salinità, stimolazione elettrica, co-coltura con batteri e coltivazione eterotrofa5,11,12,13,14,15,16. I ricercatori hanno anche tentato la modificazione genetica per migliorare la produttività e il contenuto di paramylon nell'E. gracilis17,18. Nonostante tali sforzi per migliorare la produzione di biomassa e bioprodotti, c’è sempre un prezzo elevato da pagare in termini di tecnologia o impatto ambientale.

La carenza o limitazione di azoto (N−) è un trattamento economico e sicuro per indurre l'accumulo di bioprodotti in E. gracilis19. Il trattamento innesca cambiamenti metabolici che migliorano il ricircolo del carbonio (fissato fotosinteticamente) dalle proteine ​​ai componenti di stoccaggio come lipidi o amido, dando vita a un meccanismo di stoccaggio dell’energia20,21,22. Tuttavia, la produttività della biomassa è tipicamente ridotta in condizioni N rispetto alle condizioni di controllo22,23,24. Sono stati condotti vari studi sul trattamento dell'azoto, come l'aggiunta intermedia, la carenza di azoto a due stadi, semi-continua e sequenziale per migliorare sia la produttività della biomassa che dei lipidi25,26,27,28,29. Tuttavia questo tema necessita di essere ulteriormente chiarito. Un recente studio sulla clorella utilizzando la carenza di azoto in due fasi nelle colture batch si è rivelato un modo efficace per mantenere un'elevata biomassa ricca di lipidi29. Sono stati condotti solo pochi studi su E. gracilis, che hanno rivelato che la produttività della biomassa dell'organismo diminuisce in condizioni N-limitate29,30,31,32. Solo pochi studi su ceppi geneticamente modificati sono riusciti a ottenere sia un elevato accumulo di biomassa che di bioprodotti in condizioni di limitazione dell'azoto17,33. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per migliorare l’efficienza della strategia di trattamento dell’azoto per ottenere contemporaneamente un’elevata produttività di biomassa e bioprodotti.