Светонезависимые метаболические пути регулируют накопление астаксантина в Haematococcus
Исследовательская группа под руководством профессора Лю Цзяньго из Института океанологии Китайской академии наук обнаружила, что светонезависимые метаболические пути, наряду со светозависимыми, также могут регулировать накопление астаксантина в микроводоросли Haematococcus.
Результаты опубликованы в журнале Bioresource Technology.
Астаксантин имеет широкие перспективы применения в нутрицевтике, фармацевтике и косметике благодаря своим сильным красящим, антиоксидантным свойствам и другим биологическим функциям. Одноклеточная зелёная водоросль H. pluvialis, богатая астаксантином, считается лучшим биологическим ресурсом для производства натурального астаксантина.
Традиционно считалось, что биосинтез астаксантина у H. pluvialis индуцируется в основном высоким светом и/или дефицитом питательных веществ. Поэтому большинство предыдущих исследований регуляции биосинтеза и накопления астаксантина были сосредоточены на светозависимых метаболических путях, таких как фотосинтез и фотозащита. Роль светонезависимого дыхательного пути в процессе накопления астаксантина почти не изучалась.
В ходе исследований учёные обнаружили, что светонезависимые метаболические пути, такие как путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (EMP), цикл трикарбоновых кислот (TCA), пентозофосфатный путь (PPP) и альтернативная оксидазная дыхательная цепь, также играют важную роль в регуляции накопления астаксантина в Haematococcus.
«Активность митохондриального альтернативного оксидазного пути имеет значительную отрицательную корреляцию с накоплением астаксантина у H. pluvialis», — заявил профессор Лю. На основе этого открытия в исследовании, опубликованном 6 ноября, впервые была выдвинута новая точка зрения о том, что регуляция дыхания будет способствовать биосинтезу астаксантина у H. pluvialis.
Исследователи также изучили влияние экзогенных промежуточных продуктов дыхательного метаболизма на синтез астаксантина и дополнительно доказали, что цикл трикарбоновых кислот (TCA) может обеспечивать углеродные скелеты для биосинтеза астаксантина у H. pluvialis.
В другом своём исследовании, опубликованном в августе, они обнаружили, что экзогенная фумаровая кислота (промежуточный продукт цикла TCA) усиливает активность дыхательных метаболических путей EMP, PPP и TCA, что приводит к значительному повышению уровня пирувата и глицеральдегид-3-фосфата. С одной стороны, усиленные субстратные пулы могли способствовать образованию предшественника астаксантина, изопентенилпирофосфата (IPP), и тем самым напрямую стимулировать синтез астаксантина. С другой стороны, накопление жирных кислот могло косвенно способствовать синтезу астаксантина, стимулируя процесс этерификации астаксантина.
Исследователи также обнаружили, что экзогенный оксалоацетат, ещё один промежуточный продукт цикла TCA, способствует биосинтезу астаксантина за счёт повышения уровня субстратов и NADPH. Более того, согласно исследованию, опубликованному 4 декабря, оксалоацетат оказывал более быстрое и выраженное действие по сравнению с фумаратом, что в основном связано с его более эффективным механизмом трансмембранного переноса.
Эта работа поможет завершить разработку модели культивирования H. pluvialis на основе контроля клеточного цикла и строительства крупномасштабных закрытых фотобиореакторов.