Новые штаммы рода Vischeria (Eustigmatophyceae, Heterokontophyta): состав жирных кислот и их возможное использование в качестве биодобавок для животных и человека

В последние годы в условиях нарастающего дефицита ресурсов отмечается устойчивая тенденция к поиску новых биотехнологически ценных штаммов водорослей. В данной работе представлены результаты исследования таксономического положения и ростовых характеристик, а также анализа профиля жирных кислот двух штаммов, VKM Al-463 и VKM Al-480, эустигматофитовых микроводорослей рода Vischeria, изолированных из Надымского района Ямало-Ненецкого автономного округа (Россия), с целью выяснения их биотехнологического потенциала. По результатам морфологического и филогенетического анализа с использованием внутреннего транскрибируемого спейсера ITS2 (internal transcribed spacer 2) штаммы были идентифицированы как Vischeria sp. В работе были подробно изучены скорости роста исследуемых штаммов, проведена оценка продуктивности, определено содержание суммарных липидов и исследован жирнокислотный состав. Показано, что оба штамма являются активными продуцентами пальмитиновой, эйкозапентаеновой и пальмитолеиновой кислот. Примечательно, что по содержанию пальмитолеиновой кислоты оба исследуемых штамма превосходят ее традиционные источники. У штаммов VKM Al-463 и VKM Al-480 конечная концентрация пальмитиновой кислоты составила 419,6 ± 18,1 мг/л и 501,3 ± 57,0 мг/л, пальмитолеиновой кислоты – 896,5 ± 22,5 мг/л и 1312,5 ± 109,0 мг/л, эйкозапентаеновой кислоты – 109,0 ± 7,5 мг/л и 113,7 ± 8,8 мг/л соответственно. В ходе сравнительного анализа установлено, что хотя оба штамма обладают несомненной биотехнологической ценностью, но именно штамм VKM Al-480 наиболее эффективно накапливает биомассу, обогащенную данными кислотами. Это делает его привлекательным в качестве альтернативного источника сырья для производства пищевых и кормовых добавок, косметических средств и биодизельного топлива.

1. Blasio M., Balzano S. Fatty acids derivatives from eukaryotic microalgae, pathways and potential applications. Front. Microbiol. 2021;12:718933.

2. Maltsev Y., Maltseva K. Fatty acids of microalgae: diversity and applications. Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 2021;20(2):515–547.

3. Gao B., Xia S., Lei X., Zhang C. Combined effects of different nitrogen sources and levels and light intensities on growth and fatty acid and lipid production of oleaginous eustigmatophycean microalga Eustigmatos cf. polyphem. J. Appl. Phycol. 2018;30(1):215–229.

4. Sinetova M.A., Sidorov R.A., Starikov A.Y., Voronkov A.S., Medvedeva A.S., Krivova Z.V., Pakholkova M.S., Bachin D.V., Bedbenov V.S., Gabrielyan D.A., Zayadan B.K., Bolatkhan K., Los D.A. Assessment of biotechnological potential of cyanobacteria and microalgae strains from the IPPAS culture collection. Appl. Biochem. Microbiol. 2020;56(7):794–808.

5. Sidorov R.A., Starikov A.Y., Sinetova M.A., Guilmisarian E.V., Los D.A. Identification of conjugated dienes of fatty acids in Vischeria sp. IPPAS C-70 under oxidative stress. Int. J. Mol. Sci. 2024;25(6):323.

6. Lenihan-Geels G., Bishop K., Ferguson L. Alternative sources of omega-3 fats: can we find a sustainable substitute for fish? Nutrients 2013;5(4):1301.

7. Coniglio S., Shumskaya M., Vassiliou E. Unsaturated fatty acids and their immunomodulatory properties. Biology. 2023;12(2):279.

8. Jack A., Adegbeye M., Ekanem D., Faniyi T., Fajemisin A.N., Elghandour M.M., Salem A.Z.M., Rivas-Caceres R.R., Adewumi K., Edoh O. Microalgae application in feed for ruminants. Handbook of Food and Feed from Microalgae. Eds. E. Jacob-Lopez, M.I. Queiroz, M.M. Maroneze, and L.Q. Zepka. Academic Press; 2023:397–409.

9. De Souza J., Lock A.L. Milk production and nutrient digestibility responses to triglyceride or fatty acid supplements enriched in palmitic acid. J. Dairy Sci. 2019;102(5):4155–4164.

10. Staples C.R., Burke J.M., Thatcher W.W. Influence of supplemental fats on reproductive tissues and performance of lactating cows. J. Dairy. Sci. 1998;81(3):856–871.

11. Kholif A.E., Gouda A.G., Hatem A.H. Performance and milk composition of nubian goats as affected by increasing level of Nannochloropsis oculata microalgae. Animals. 2020;10(12):2453.

12. Wu Y., Li R., Hildebrand D.F. Biosynthesis and metabolic engineering of palmitoleate production, an important contributor to human health and sustainable industry. Prog. Lipid Res. 2012;51(4):340–349.

13. Kolouchová I., Sigler K., Schreiberová O., Masák J., Řezanka T. New yeast-based approaches in production of palmitoleic acid. Bioresour. 2015;192:726–734.

14. Okullo A.A., Temu A.K., Ogwok P., Ntalikwa J.W. Physico-chemical properties of biodiesel from jatropha and castor oils. Int. J. Renew. Energy Res. 2012;2(1):47–52.

15. Shinde S., Kale A., Kulaga T., Licamele J.D., Tonkovich A.L. Omega 7 rich compositions and methods of isolating omega 7 fatty acids. US20130129775 A1. 2013.

16. Yang B.R., Kallio H.P. Fatty acid composition of lipids in sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) berries of different origins. J. Agric. Food. Chem. 2001;49(4):1939–1947.

17. Knothe G. Biodiesel derived from a model oil enriched in palmitoleic acid macadamia nut oil. Energy Fuels. 2010;24(3):2098–2103.

18. Abdelhamid A.S., Brown T.J., Brainard J.S., Biswas P., Thorpe G.C., Moore H.J., Deane K.H., AlAbdulghafoor F.K., Summerbell C.D., Worthington H.V., Song F., Hooper L. Omega-3 fatty acids for the primary and secondary prevention of cardiovascular disease. Cochrane Database Syst. Rev. 2018;7(7):CD003177.

19. Forbes S.C., Holroyd-Leduc J.M., Poulin M.J., Hogan D.B. Effect of тutrients, вietary ыupplements and мitamins on сognition: a systematic review and metaanalysis of randomized controlled trials. Can. Geriatr. J. 2015;18(4):231–245.

20. Alex A., Abbott K.A., McEvoy M., Schofield P.W., Garg M.L. Long-chain omega-3 polyunsaturated fatty acids and cognitive decline in non-demented adults: a systematic review and meta-analysis. Nutr. Rev. 2020;78(7):563–578.

21. Lands B. A critique of paradoxes in current advice on dietary lipids. Prog. Lipid Res. 2008;47(2):77–106.

22. Зайцева Л.В., Нечаев А.П. Полиненасыщенные жирные кислоты в питании: современный взгляд. Пищевая промышленность. 2014;4:14–19.

23. Krivina E., Portnov A., Temraleeva A. A description of Aliichlorella ignota gen. et sp. nov. and a comparison of the efficiency of species delimitation methods in the Chlorella-clade (Trebouxiophyceae, Chlorophyta). Phycol. Res. 2024;72(3):180–190.

24. Procházková K. Diverzita a druhový koncept u komplexu Vischeria/Eustigmatos (Eustigmatophyceae). Praha: Karlova univerzita; 2012. 79 pp.

25. Темралеева А.Д., Портная Е.А. Морфологический и молекулярно-генетический анализ рода Vischeria (Eustigmataceae, Ochrophyta) в альгологической коллекции ACSSI. Бот. журн. 2022;107(2):132–148.

26. Kryvenda A., Rybalka N., Wolf M., Friedl T. Species distinctions among closely related strains of Eustigmatophyceae (Stramenopiles) emphasizing ITS2 sequence-structure data: Eustigmatos and Vischeria. Eur. J. Phycol. 2018;53(4):471–491.

27. Xu J., Li T., Li C.L., Zhu S.N., Wang Z.M., Zeng E.Y. Lipid accumulation and eicosapentaenoic acid distribution in response to nitrogen limitation in microalga Eustigmatos vischeri JHsu-01 (Eustigmatophyceae). Algal Res. 2020;48:101910.

28. Wang F., Gao B., Huang L., Su M., Dai C., Zhang C. Evaluation of oleaginous eustigmatophycean microalgae as potential biorefinery feedstock for the production of palmitoleic acid and biodiesel. Bioresour Technol. 2018;270:30–37.

29. Sinetova M.A., Sidorov R.A., Medvedeva A.A., Starikov A.Y., Markelova A.G., Allakhverdiev S.I., Los D.A. Effect of salt stress on physiological parameters of microalgae Vischeria punctata strain IPPAS H-242, a superproducer of eicosapentaenoic acid. J. Biotechnol. 2021;331:63–73.

30. Gao B., Yang J., Lei X., Xia S., Li A., Zhang C. Characterization of cell structural change, growth, lipid accumulation, and pigment profile of a novel oleaginous microalga, Vischeria stellata (Eustigmatophyceae), cultured with different initial nitrate supplies. J. Appl. Phycol. 2016;28(2):821–830.

31. Krzemińska I., Nosalewicz A., Reszczyńska E., Pawlik-Skowrońska B. Enhanced light-induced biosynthesis of fatty acids suitable for biodiesel production by the yellowgreen alga Eustigmatos magnus. Energies. 2020;13(22):6098.

32. Kaijser A., Dutta P.C., Savage. G.P. Oxidative stability and lipid composition of macadamia nuts grown in New Zealand. Food Chem. 2020;71(1):67–70.