RU2710131C1 - Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a - Google Patents

Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a Download PDF

Info

Publication number
RU2710131C1
RU2710131C1 RU2019122506A RU2019122506A RU2710131C1 RU 2710131 C1 RU2710131 C1 RU 2710131C1 RU 2019122506 A RU2019122506 A RU 2019122506A RU 2019122506 A RU2019122506 A RU 2019122506A RU 2710131 C1 RU2710131 C1 RU 2710131C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
astaxanthin
strain
microalgae
bracteacoccus
carotene
Prior art date
Application number
RU2019122506A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Сергеевна Лобакова
Татьяна Александровна Федоренко
Константин Александрович Чеканов
Александр Андреевич Лукьянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2019122506A priority Critical patent/RU2710131C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710131C1 publication Critical patent/RU2710131C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12Unicellular algae; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12Unicellular algae; Culture media therefor
    • C12N1/125Unicellular algae isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P23/00Preparation of compounds containing a cyclohexene ring having an unsaturated side chain containing at least ten carbon atoms bound by conjugated double bonds, e.g. carotenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/89Algae ; Processes using algae

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: photobiotechnology.SUBSTANCE: invention relates to photobiotechnology. Disclosed is a strain of microalgae Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens), which is a producer of a mixture of natural bioantioxidant astaxanthin and provitamin A (β-carotene). Strain is deposited in Russian Collection of Microalgae at establishment of "Timiryazev Institute of Plant Physiology of Russian Academy of Sciences (IPPAS)" with assigned identifier IPPAS C-2045.EFFECT: strain is able to simultaneously accumulate high levels of astaxanthin and β-carotene.1 cl, 4 dwg

Description

Область примененияApplication area

Изобретение относится к фотобиотехнологии и представляет собой новый штамм микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens), предназначенный для одновременного получения натуральных биоантиоксидантов астаксантина и β-каротина (провитамина А). Данное изобретение возможно применять при получении сырья для изготовления косметики, БАД, функционального питания, кормовых и пищевых добавок, а также, при биотехнологической очистке сточных вод с попутным получением ценных каротиноидов (астаксантин и β-каротин).The invention relates to photobiotechnology and is a new strain of microalgae Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens), intended for the simultaneous production of natural bioantioxidants astaxanthin and β-carotene (provitamin A). This invention can be used to obtain raw materials for the manufacture of cosmetics, dietary supplements, functional nutrition, feed and food additives, as well as in biotechnological wastewater treatment with the associated production of valuable carotenoids (astaxanthin and β-carotene).

Уровень техникиState of the art

Известно, что род Bracteacoccus Tereg 1923 является типовым для семейства Bracteacoccaceae, расположенный в системе у основания филогенетического древа порядка Scenedesmales. Примечательной особенностью порядка является наличие во всех без исключения 9 семействах видов, обладающих специфическим, генетически обусловленным признаком - способностью к вторичному каротиногенезу. Как правило, это - обитатели солоноватых и временных пресноводных водоемов, а также почвенные и аэрофитные водоросли [Чубчикова И.Н. и др. Хлорококковые микроводоросли как потенциальный источник природных кетокаротиноидов. Экология моря. 2009, Вып. 77, с. 77-83; Abe K., Hattori Н., Hirano М. Accumulation and antioxidant activity of secondary carotenoids in the aerial microalga Coelastrella striolata var. multistriata. Food Chem. 2007, т. 100, №2, p. 656-661; Fujii K., Imazato E., Nakashima H. et al. Isolation of non fastidious microalgae with astaxanthin-accumulation property and its potential for application to aquaculture. Aquaculture. 2006, т. 261, р. 285-293]. Известны зеленые микроводоросли Bracteacoccus minor и Bracteacoccus giganteus у которых среднесуточный выход суммарных каротиноидов из литра исходной культуры может составлять 2,3 мг⋅л-1⋅сут-1 и относительное содержание в них всех форм астаксантина достигает 50% от суммы [Чубчикова И.Н. и др., Скрининг одноклеточных зеленых водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. Особенности роста и вторичного каротиногенеза у представителей рода Bracteacoccus (Chlorophyceae). Морск. экол. журн. 2011, т. 10, №1, с. 91-97].The genus Bracteacoccus Tereg 1923 is known to be typical of the Bracteacoccaceae family located in the system at the base of the phylogenetic tree of the Scenedesmales order. A remarkable feature of the order is the presence in all, without exception, 9 families of species that have a specific, genetically determined trait - the ability to secondary carotenogenesis. As a rule, these are the inhabitants of brackish and temporary freshwater reservoirs, as well as soil and aerophytic algae [Chubchikova I.N. et al. Chlorococcal microalgae as a potential source of natural ketocarotinoids. Ecology of the sea. 2009, Vol. 77, p. 77-83; Abe K., Hattori N., Hirano M. Accumulation and antioxidant activity of secondary carotenoids in the aerial microalga Coelastrella striolata var. multistriata. Food Chem. 2007, t. 100, No. 2, p. 656-661; Fujii K., Imazato E., Nakashima H. et al. Isolation of non fastidious microalgae with astaxanthin-accumulation property and its potential for application to aquaculture. Aquaculture. 2006, v. 261, p. 285-293]. Green microalgae Bracteacoccus minor and Bracteacoccus giganteus are known in which the average daily yield of total carotenoids from a liter of the original culture can be 2.3 mg⋅ -1 ⋅ day -1 and the relative content of all forms of astaxanthin in them reaches 50% of the total [Chubchikova I.N. . et al. Screening of unicellular green algae as potential sources of natural ketocarotenoids. Features of growth and secondary carotenogenesis in representatives of the genus Bracteacoccus (Chlorophyceae). Morsk. eco-friendly. journal 2011, t. 10, No. 1, p. 91-97].

Известно, что зеленая микроводоросль Coelastrella rubescens (ранее Scotiellopsis rubescens Vinatzer) [Kaufnerova V., Elias M. The demise of the genus Scotiellopsis Vinatzer (Chlorophyta). Nova Hedwigia. 2013, 97, pp. 415-428] относится к группе экстремобионтных одноклеточных эукариот, способных при неблагоприятных условиях внешней среды переходить из вегетативного состояния в стадию покоя и накапливать в образующихся апланоспорах коммерчески значимое количество (1-2% сухого веса) специфических защитных кетокаротиноидов - продуктов многостадийного ферментативного окисления β-каротина в астаксантин [Lemoine, Y., Schoefs, В. Secondary ketocarotenoid astaxanthin biosynthesis in algae: a multifunctional response to stress. Photosynth. Res. 2010, 106, pp. 155-177; Чубчикова И.Н. Влияние состава среды на содержание вторичных каротиноидов у микроводоросли Scotiellopsis rubescens (Chlorophyceae). Морск. экол. журн. 2012, т. 11, №4, с. 95-101; Минюк Г.С. и др. Влияние рН и CO2 на рост и метаболизм микроводоросли Coelastrella (Scotiellopsis) rubescens. Физиология растений. 2016, т. 63, с. 601-610].It is known that the green microalga Coelastrella rubescens (formerly Scotiellopsis rubescens Vinatzer) [Kaufnerova V., Elias M. The demise of the genus Scotiellopsis Vinatzer (Chlorophyta). Nova Hedwigia. 2013, 97, pp. 415-428] belongs to the group of extremobiont unicellular eukaryotes, capable of under adverse environmental conditions from the vegetative state to the dormant stage and to accumulate in the resulting aplanospores a commercially significant amount (1-2% dry weight) of specific protective ketocarotenoids - products of multistage enzymatic oxidation of β- carotene in astaxanthin [Lemoine, Y., Schoefs, B. Secondary ketocarotenoid astaxanthin biosynthesis in algae: a multifunctional response to stress. Photosynth. Res. 2010, 106, pp. 155-177; Chubchikova I.N. Effect of medium composition on the content of secondary carotenoids in the microalga Scotiellopsis rubescens (Chlorophyceae). Morsk. eco-friendly. journal 2012, t. 11, No. 4, p. 95-101; Minyuk G.S. et al. Effect of pH and CO 2 on the growth and metabolism of the microalga Coelastrella (Scotiellopsis) rubescens. Plant physiology. 2016, t. 63, p. 601-610].

Астаксантин - кетокаротиноид красного цвета, наиболее эффективный природный антиокислитель, оказывающий благотворное влияние на организм человека и животных. Астаксантин широко востребован как компонент косметических формул, лекарственных средств, пищевых и кормовых добавок [Guerin, М. et al. Haematococcus astaxanthin: applications for human health and nutrition. Trends Biotechnol. 2003, 21, pp. 210-216.; Han, D. et al. Biology and commercial aspects of Haematococcus pluvialis. In Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology. 2 ed.; Richmond, A.; Hu, Q., Eds. Blackwell: 2013; pp. 388-405]. Единственным источником астаксантина у животных является пища [Lorenz, R.T., Cysewski, G.R. Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin. Trends Biotechnol. 2000, 18, 160-167]. В настоящее время значительная доля астаксантина синтезируется химическим путем, но синтетический пигмент, в отличие от натурального, является рацематом с большим содержанием стереоизомеров, не обладающих биологической активностью. Для промышленного получения натурального астаксантина используют преимущественно штаммы зеленой микроводоросли Haematococcus pluvialis Flotow, способной накапливать астаксантин до 3-6% сухого веса [Lemoine, Y., Schoefs, В. Secondary ketocarotenoid astaxanthin biosynthesis in algae: a multifunctional response to stress. Photosynth. Res. 2010, 106, pp. 155-177] благодаря способности к образованию богатых астаксантином неподвижных коккоидных клеток, устойчивых к неблагоприятным условиям среды [Boussiba, S. Carotenogenesis in the green alga Haematococcus pluvialis: cellular physiology and stress response. Physiol. Plant. 2000, 108, pp. 111-117; Solovchenko, A. Physiology and adaptive significance of secondary carotenogenesis in green microalgae. Russ. J. Plant Physiol. 2013, 60, pp. 1-13]. Известно изобретение [RU 2573944 C1, 27.01.2016]: штамм микроводорослей Haematococcus pluvialis ВМ1, пригодный для получения астаксантина и характеризующийся способностью расти на средах, содержащих до 27% хлорида натрия, высокой способностью к накоплению астаксантина - до 3-6% сухой биомассы и обладающий высокой продуктивностью (до 300 мг сухой биомассы в сутки с 1 л культуры). Известен способ культивирования Haematococcus pluvialis для промышленного производства биомассы, обогащенной астаксантином [патент US 6022701 С16Р] (культивирование при освещении в диапазоне 30-140 мкЕ ФАР/(м2⋅с) и температуре 15-28°С с использованием в качестве среды водопроводной воды и барботированием культуры газо-воздушной смесью с 1,5% CO2). Также, известен способ эффективного производства каротиноидов, включая астаксантин, путем получения мутантных штаммов Haematococcus pluvialis [ЕР 1995325 А1, 26.11.2008] ССАР 34/8 и SAG 34-1b с повышенной способностью к накоплению каротиноидов.Astaxanthin is a red ketocarotinoid, the most effective natural antioxidant that has a beneficial effect on the human and animal body. Astaxanthin is widely in demand as a component of cosmetic formulas, drugs, food and feed additives [Guerin, M. et al. Haematococcus astaxanthin: applications for human health and nutrition. Trends Biotechnol. 2003, 21, pp. 210-216 .; Han, D. et al. Biology and commercial aspects of Haematococcus pluvialis. In Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology. 2 ed .; Richmond, A .; Hu, Q., Eds. Blackwell: 2013; pp. 388-405]. The only source of astaxanthin in animals is food [Lorenz, RT, Cysewski, GR Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin. Trends Biotechnol. 2000, 18, 160-167]. Currently, a significant proportion of astaxanthin is synthesized chemically, but synthetic pigment, unlike natural, is a racemate with a high content of stereoisomers that do not have biological activity. Strains of green microalgae Haematococcus pluvialis Flotow, capable of accumulating astaxanthin up to 3-6% dry weight [Lemoine, Y., Schoefs, B. Secondary ketocarotenoid astaxanthin biosynthesis in algae: a multifunctional response to stress, are mainly used for the industrial production of natural astaxanthin. Photosynth. Res. 2010, 106, pp. 155-177] due to the ability to form astaxanthin-rich motionless coccoid cells resistant to adverse environmental conditions [Boussiba, S. Carotenogenesis in the green alga Haematococcus pluvialis: cellular physiology and stress response. Physiol. Plant. 2000, 108, pp. 111-117; Solovchenko, A. Physiology and adaptive significance of secondary carotenogenesis in green microalgae. Russ. J. Plant Physiol. 2013, 60, pp. 1-13]. The invention is known [RU 2573944 C1, 01/27/2016]: Haematococcus pluvialis BM1 microalgae strain suitable for producing astaxanthin and characterized by the ability to grow on media containing up to 27% sodium chloride, high astaxanthin accumulation ability - up to 3-6% dry biomass and having high productivity (up to 300 mg of dry biomass per day with 1 liter of culture). A known method of cultivating Haematococcus pluvialis for the industrial production of astaxanthin-enriched biomass [US Pat. No. 6,022,701 C16P] (cultivation under illumination in the range of 30-140 μE PAR / (m 2 ⋅ s) and a temperature of 15-28 ° C using tap water as medium and bubbling the culture with a gas-air mixture with 1.5% CO 2 ). Also, a method is known for the efficient production of carotenoids, including astaxanthin, by obtaining mutant strains of Haematococcus pluvialis [EP 1995325 A1, 11/26/2008] SSAP 34/8 and SAG 34-1b with increased ability to accumulate carotenoids.

Однако для известных штаммов микроводорослей Haematococcus pluvialis характерна невысокая скорость роста, узкий диапазон физико-химических параметров культивирования и высокий риск контаминации, требующий применения дорогостоящих закрытых систем культивирования, чрезмерно повышающих цену на натуральный астаксантин.However, the known microalgae strains Haematococcus pluvialis are characterized by a low growth rate, a narrow range of physicochemical parameters of cultivation and a high risk of contamination, requiring the use of expensive closed cultivation systems that excessively increase the price of natural astaxanthin.

Также известен штамм дрожжей Phaffia rhodozyma [RU 2385925 C1, 10.04.2010] ВКПМ Y-2982, способный продуцировать астаксантин (7,0-8,0 мг/г сухой биомассы в условиях оптимальной (60 лк) освещенности). Доля астаксантина в общем пуле каротиноидов может составлять до 70%. Описан штамм одноклеточной зеленой водоросли Chlorella zofingiensis АТСС 30412 [US 7063957 B2, 20.06.2006], способный к гетеротрофному росту в темноте и после 2-х недель роста способный накапливать до 10 мг/л астаксантина.Also known is the yeast strain Phaffia rhodozyma [RU 2385925 C1, 04/10/2010] VKPM Y-2982, capable of producing astaxanthin (7.0-8.0 mg / g dry biomass under optimal (60 lux) illumination). The proportion of astaxanthin in the total pool of carotenoids can be up to 70%. A strain of unicellular green alga Chlorella zofingiensis ATCC 30412 [US 7063957 B2, 06/20/2006], which is capable of heterotrophic growth in the dark and after 2 weeks of growth, is capable of accumulating up to 10 mg / l astaxanthin, is described.

β-каротин - оранжевый пигмент, непредельный углеводород из группы каротиноидов. Встречается во всех зеленых растениях и достаточно давно используется в качестве красителя в пищевой промышленности и кормах для животных [L.J. Borowitzka, М.А. Borowitzka, Т.Р. Moulton. The mass culture of Dunaliella salina for fine chemicals: From laboratory to pilot plant. Hydrobiologia. 1984, 1, pp. 115-121]. Кроме этого, β-каротин используется в качестве компонента биологически активных добавок и витаминных комплексов. Общий объем мирового рынка β-каротина оценивается примерно в 270-300 млн. долл. США, из них 20-30% - доля природного β-каротина [Borowitzka М.А. High-value products from microalgae-their development and commercialisation. Journal of Applied Phycology. 2013, V. 25, Issue 3, pp. 743-756].β-carotene is an orange pigment, an unsaturated hydrocarbon from the group of carotenoids. It is found in all green plants and has long been used as a dye in the food industry and animal feed [L.J. Borowitzka, M.A. Borowitzka, T.R. Moulton. The mass culture of Dunaliella salina for fine chemicals: From laboratory to pilot plant. Hydrobiologia. 1984, 1, pp. 115-121]. In addition, β-carotene is used as a component of dietary supplements and vitamin complexes. The total world market for β-carotene is estimated at approximately 270-300 million US dollars, of which 20-30% is the share of natural β-carotene [Borowitzka M.A. High-value products from microalgae-their development and commercialization. Journal of Applied Phycology. 2013, V. 25, Issue 3, pp. 743-756].

В настоящее время известны микроводоросли - перспективные продуценты натурального β-каротина, особенно Dunaliella salina (до 10% β-каротина от сухого веса клеток) [Oren, A. Adaptation to life at high salt concentrations in Archaea, Bacteria, and Eukarya (Gunde-Cimerman, N., Oren A., and Plemenitas, A., eds), Springer. N.Y., 2005, pp. 493-502]. Известен штамм водоросли Dunaliella salina Teod. CALU - 834, выделенный из прибрежной зоны лимана Сасык [SU 1324627 A1], который используется в микробиологической промышленности как продуцент белка и β-каротина, в качестве кормовых, витаминных и биостимулирующих добавок в рацион животных, а также для утилизации отходов. Также известен штамм одноклеточных водорослей Dunaliella salina - продуцент биоантиоксидантов [RU 2497945 C2, 20.06.2012] и способ культивирования Dunaliella salina [RU 2541446 C1, 10.02.2015]. Известно изобретение, охватывающее сразу несколько новых галотолерантных гипераккумулирующих каротиногенных штаммов микроводоросли Dunaliella salina DF15, DF17 и DF40 [WO 2018141978, 09.08.2018] с коммерчески значимым потенциалом накопления β-каротина. В последние годы гриб Blakeslea trispora стал важным альтернативным источником природного β-каротина, конкурирующего с водорослевым продуктом [ЕР 1367131 А1, 03.12.2003].Currently, microalgae are known as promising producers of natural β-carotene, especially Dunaliella salina (up to 10% β-carotene by dry cell weight) [Oren, A. Adaptation to life at high salt concentration in Archaea, Bacteria, and Eukarya (Gunde- Cimerman, N., Oren A., and Plemenitas, A., eds), Springer. N.Y., 2005, pp. 493-502]. A known strain of algae Dunaliella salina Teod. CALU - 834, isolated from the coastal zone of Sasyk Estuary [SU 1324627 A1], which is used in the microbiological industry as a producer of protein and β-carotene, as feed, vitamin and biostimulating additives in animal diets, as well as for waste disposal. Also known is a strain of unicellular algae Dunaliella salina, a producer of bioantioxidants [RU 2497945 C2, 06/20/2012] and a method for culturing Dunaliella salina [RU 2541446 C1, 02/10/2015]. An invention is known that encompasses several new halotolerant hyperaccumulative carotenogenic strains of the microalgae Dunaliella salina DF15, DF17 and DF40 [WO 2018141978, 08/09/2018] with a commercially significant potential for β-carotene accumulation. In recent years, the Blakeslea trispora mushroom has become an important alternative source of natural β-carotene competing with the algal product [EP 1367131 A1, 03/03/2003].

Основными недостатками перечисленных выше примеров являются отсутствие способности к одновременному накоплению коммерчески значимых количеств астаксантина и β-каротина.The main disadvantages of the above examples are the lack of ability to simultaneously accumulate commercially significant amounts of astaxanthin and β-carotene.

Известна зеленая почвенная микроводоросль Bracteacoccus minor (Chodat)

Figure 00000001
накопливающая смесь вторичных кетокаротиноидов с доминированием диацильных эфиров астаксантина (37-42% суммы) [Г.С. Минюк и др. Особенности вторичного каротиногенеза у Bracteacoccus minor (Chlorophyta) в условиях двухстадийной культуры. Algologia. 2015, 25(1): 21-34].Known green soil microalga Bracteacoccus minor (Chodat)
Figure 00000001
an accumulating mixture of secondary ketocarotenoids with dominance of diacyl astaxanthin esters (37-42% of the total) [G.S. Minyuk et al. Peculiarities of secondary carotenogenesis in Bracteacoccus minor (Chlorophyta) in a two-stage culture. Algologia. 2015, 25 (1): 21-34].

Недавно описан штамм Scenedesmus sp. CCALA 1074 который был выделен из планктона реки Силь (Швейцария, 47°10'47.982''N, 8°41'33.504''Е) [Pavel

Figure 00000002
et al. The role of light and nitrogen in growth and carotenoid accumulation in Scenedesmus sp. Algal Research. 2016, 16, pp. 69-75]. Сумма каротиноидов на ранней стационарной фазе роста культуры Scenedesmus sp. CCALA 1074 составляла 2,3% от сухого веса, при этом доля астаксантина составляла 9%, а β-каротина 5,4% от суммы каротиноидов. Scenedesmus sp. CCALA 1074 успешно выращивают в открытом тонкослойном фотобиореакторе объемом 150 л., при этом, он демонстрирует превосходный рост, высокую продуктивность каротиноидов и термотолерантность, что делает этот штамм перспективным кандидатом для биотехнологического производства богатой каротиноидами биомассы.Recently described strain of Scenedesmus sp. CCALA 1074 which was isolated from the plankton of the River Sil (Switzerland, 47 ° 10'47.982''N, 8 ° 41'33.504''E) [Pavel
Figure 00000002
et al. The role of light and nitrogen in growth and carotenoid accumulation in Scenedesmus sp. Algal Research. 2016, 16, pp. 69-75]. The amount of carotenoids in the early stationary phase of growth of the culture of Scenedesmus sp. CCALA 1074 was 2.3% of dry weight, with astaxanthin accounting for 9% and β-carotene for 5.4% of the total carotenoid. Scenedesmus sp. CCALA 1074 is successfully grown in an open thin-layer photobioreactor with a volume of 150 liters, while it shows excellent growth, high carotenoid productivity and thermal tolerance, which makes this strain a promising candidate for biotechnological production of carotenoid-rich biomass.

Известен штамм микроводоросли Coelastrella striolata var. multistriata, который был выделен с поверхности горной породы в Шизуоке, Япония [Katsuya Abe et al. Accumulation and antioxidant activity of secondary carotenoids in the aerial microalga Coelastrella striolata var. multistriata. Food Chemistry. 2007, 100, pp. 656-661]. Авторы заявляют о способности данной микроводоросли синтезировать значительное количество смеси каротиноидов, таких как кантаксантин, астаксантин и β-каротин. Красновато-оранжевые клетки микроводоросли могут накапливать до 56,0 мг вторичных каротиноидов на 1 г. биомассы. По содержанию в клетках каротиноиды кантаксантин, астаксантин и β-каротин составляли 47,5, 1,5 и 7,0 мг/г.сух.веса соответственно.Known microalgae strain Coelastrella striolata var. multistriata, which was isolated from a rock surface in Shizuoka, Japan [Katsuya Abe et al. Accumulation and antioxidant activity of secondary carotenoids in the aerial microalga Coelastrella striolata var. multistriata. Food Chemistry. 2007, 100, pp. 656-661]. The authors state the ability of this microalgae to synthesize a significant amount of a mixture of carotenoids, such as canthaxanthin, astaxanthin and β-carotene. Reddish-orange microalgae cells can accumulate up to 56.0 mg of secondary carotenoids per 1 g of biomass. The canthaxanthin, astaxanthin, and β-carotene carotenoids in the cells were 47.5, 1.5, and 7.0 mg / g dry weight, respectively.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является микроводоросли Coelastrella rubescens и способ их культивирования для получения каротиноидов и липидов [RU 2661086 С1, 11.07.2018]. Для реализации предлагаемого способа получения биомассы Coelastrella rubescens используют штамм Coelastrella (Scotiellopsis) rubescens IPPAS H-350 (Vinatzer/Innsbruck V195=CCALA475), который выращивают методом двухстадийной накопительной культуры. Полученную в конце «зеленой» стадии биомассу С. rubescens, состоящую из метаболически активных делящихся клеток, авторы предлагают использовать (частично или целиком) как самостоятельное сырье для получения смеси ксантофиллов (лютеина, зеаксантина, неоксантина и β-каротина) и незаменимых ЖКС18:2ω и С18:3ω пищевого назначения, а также (частично или целиком) в качестве инокулята для проведения II («красной») стадии культивирования с целью получения кетокаротиноидов группы астаксантина и технических липидов. Содержание суммарных каротиноидов в биомассе в конце «зеленой» стадии роста культуры, собранной на 11-е сутки, достигало 2,1±0,17% СВ при продуктивности 2,2±0,08 мг⋅л-1⋅сут-1. В составе каротиноидов доминировали лютеин/зеаксантин (51,9% от суммы), неоксантин (18,1%), α- и β-каротины (10,6%). Астаксантин и интермедиаты его биосинтеза в биомассе отсутствовали. При условии использования для проведения «красной» стадии всей «зеленой» биомассы выход суммарных каротиноидов из литра исходной культуры с начальной плотностью 1,1×106 кл⋅мл-1 (или 0,17 г/л СВ) за 19 суток составил 52,3 мг⋅л-1, средняя продуктивность - 2,75 мг⋅л-1⋅сут-1, содержание суммарных каротиноидов в биомассе 0,9-1,0% СВ, доля астаксантина составляла 26%. К недостаткам прототипа можно отнести незначительное содержание β-каротина в биомассе на «красной» стадии культивирования и недостаточно высокую долю астаксантина, а также весьма скромные показатели по содержанию суммарных каротиноидов.The closest analogue (prototype) is the microalgae Coelastrella rubescens and the method of their cultivation for the production of carotenoids and lipids [RU 2661086 C1, 07/11/2018]. To implement the proposed method for producing biomass Coelastrella rubescens using a strain of Coelastrella (Scotiellopsis) rubescens IPPAS H-350 (Vinatzer / Innsbruck V195 = CCALA475), which is grown by the method of two-stage storage culture. Obtained at the end of the “green” stage, C. rubescens biomass, consisting of metabolically active dividing cells, the authors propose to use (partially or in whole) as an independent raw material for obtaining a mixture of xanthophylls (lutein, zeaxanthin, neoxanthin and β-carotene) and irreplaceable FSW18: 2ω and C18: 3ω for food purposes, and also (partially or in whole) as an inoculum for carrying out the II (“red”) cultivation stage in order to obtain astaxanthin group ketocarotinoids and technical lipids. The content of total carotenoids in the biomass at the end of the "green" stage of growth of the culture collected on the 11th day reached 2.1 ± 0.17% CB with a productivity of 2.2 ± 0.08 mg⋅ -1 -1 day -1 . The composition of carotenoids was dominated by lutein / zeaxanthin (51.9% of the total), neoxanthin (18.1%), α- and β-carotenes (10.6%). Astaxanthin and its biosynthesis intermediates were absent in the biomass. Provided that the “green” biomass is used to carry out the “red” stage, the yield of total carotenoids from a liter of the initial culture with an initial density of 1.1 × 10 6 cells⋅ -1 (or 0.17 g / l ST) for 19 days is 52 , 3 mg⋅l -1 , average productivity - 2.75 mg⋅l -1 ⋅ days -1 , the content of total carotenoids in the biomass is 0.9-1.0% SV, the proportion of astaxanthin was 26%. The disadvantages of the prototype include the low content of β-carotene in the biomass at the “red” stage of cultivation and the insufficiently high proportion of astaxanthin, as well as very modest indicators for the content of total carotenoids.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение штамма микроводоросли с высоким уровнем одновременного накопления астаксантина и β-каротина (не менее 55 масс. % астаксантина и 35 масс. % β-каротина) при сохранении высокой продуктивностью культуры (не менее 3,6 мг⋅л-1⋅сут-1 по сумме каротиноидов), способностью к биоизъятию фосфатов из среды (не менее 2,3 мг⋅л-1⋅сут-1).The technical problem to which the claimed invention is directed is to obtain a microalgae strain with a high level of simultaneous accumulation of astaxanthin and β-carotene (not less than 55 wt.% Astaxanthin and 35 wt.% Β-carotene) while maintaining high crop productivity (not less than 3 , 6 mg⋅l -1 ⋅ days -1 in the sum of carotenoids), the ability to bioabsorb phosphates from the medium (not less than 2.3 mg⋅l -1 ⋅ days -1 ).

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническая проблема была решена штаммом микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) BM 5/15 IPPAS C-2045, выделенным из водоема на севере России, республика Карелия, д. Лоухи, Проток между Белым морем и Нижним Ершовским озером, 66°32'07''N, 33°03'59''Е, депонированным в Российской Коллекции Микроводорослей при учреждении Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии Наук (IPPAS) с присвоенным идентификатором IPPAS С-2045.The technical problem was solved by the microalgae strain Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) BM 5/15 IPPAS C-2045 isolated from a reservoir in the north of Russia, the Republic of Karelia, the village of Louhi, Protok between the White Sea and Lower Ershov Lake, 66 ° 32'07 '' N, 33 ° 03'59''E deposited in the Russian Collection of Microalgae at the establishment of the Institute of Plant Physiology K.A. Timiryazev Russian Academy of Sciences (IPPAS) with assigned IPPAS identifier S-2045.

Впервые был получен штамм микроводоросли, способный к высокому уровню одновременного накопления смеси астаксантина и β-каротина, обеспечивающий высокую продуктивность при выращивании, обладающий способностью к биоизъятию фосфатов из среды.For the first time, a strain of microalgae was obtained, capable of a high level of simultaneous accumulation of a mixture of astaxanthin and β-carotene, providing high productivity during cultivation, and having the ability to bioabsorb phosphates from the medium.

Сущность изобретения заключается в том, что для достижения цели используют зеленую микроводоросль Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) штамм IPPAS C-2045, выделенный и идентифицированный авторами заявки из водоема на севере России, республика Карелия, д. Лоухи, Проток между Белым морем и Нижним Ершовским озером (66°32'07''N, 33°03'59''Е). В результате полученный штамм характеризуется высокой способностью к одновременному накоплению астаксантина и β-каротина (55-60 масс. % и 35-40 масс. %, соответственно от суммы каротиноидов на «красной» стадии культивирования), при этом сумма каротиноидов оценивается в 2,4-2,6% сухого веса, культура обладает высокой продуктивностью (100-200 мг сухой биомассы и 3,6-3,8 мг каротиноидов в сутки с 1 л культуры), способностью к биоизъятию фосфатов из среды (2,3-2,6 мг⋅л-1⋅сут-1).The essence of the invention lies in the fact that to achieve the goal, they use the green microalga Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) strain IPPAS C-2045, isolated and identified by the authors of the application from a reservoir in the north of Russia, the Republic of Karelia, the village of Loukhi, The channel between the White Sea and the Lower Ershov Lake (66 ° 32'07``N, 33 ° 03'59''E). As a result, the obtained strain is characterized by a high ability to simultaneously accumulate astaxanthin and β-carotene (55-60 wt.% And 35-40 wt.%, Respectively, of the sum of carotenoids at the "red" stage of cultivation), while the amount of carotenoids is estimated at 2, 4-2.6% of dry weight, the culture has high productivity (100-200 mg of dry biomass and 3.6-3.8 mg of carotenoids per day with 1 liter of culture), the ability to bioabsorb phosphates from the medium (2.3-2 , 6 mg⋅l -1 day -1 ).

Для достижения технического результата изобретения культуру водоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) штамм IPPAS C-2045 выращивают двухстадийным методом, направленным на достижение коммерчески значимого выхода целевых продуктов (смеси астаксантина и β-каротина).To achieve the technical result of the invention, the culture of the alga Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) strain IPPAS C-2045 is grown by a two-stage method aimed at achieving a commercially significant yield of target products (a mixture of astaxanthin and β-carotene).

В результате получают в сутки 100-200 мг⋅л-1 биомассы (по сухому весу) и 3,6-3,8 мг каротиноидов в сутки с 1 л культуры, биомасса содержит 2,4-2,6% каротинодоиов, в которых доля астаксантина 55-60 масс. % и β-каротина 35-40 масс. %. Предлагаемый штамм культуры микроводоросли характеризуется способностью к биоизъятию фосфатов из среды (2,3-2,6 мг⋅л-1⋅сут-1).As a result, 100-200 mg⋅ -1 biomass per day (by dry weight) and 3.6-3.8 mg carotenoids per day with 1 liter of culture are obtained; the biomass contains 2.4-2.6% carotenoids, in which the proportion of astaxanthin 55-60 mass. % and β-carotene 35-40 wt. % The proposed strain of microalgae culture is characterized by the ability to bioabsorb phosphates from the medium (2.3-2.6 mg ⋅ -1 ⋅ day -1 ).

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На Фиг. 1 представлены клетки микроводорослей Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) штамм IPPAS C-2045 в условиях вегетативного культивирования и накопления каротиноидов - светлопольная микроскопия.In FIG. Figure 1 shows the microalgae cells of Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) strain IPPAS C-2045 under conditions of vegetative cultivation and accumulation of carotenoids - bright field microscopy.

На Фиг. 2 Накопление сухой массы Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 при культивировании на среде BG-11 в условиях вегетативного роста показаны средние значения и стандартные отклонения (2 биологические повторности).In FIG. 2 The accumulation of dry mass of Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) IPPAS C-2045 upon cultivation on BG-11 medium under vegetative growth conditions shows the average values and standard deviations (2 biological replicates).

На Фиг. 3 показано содержание каротиноидов в клетках культуры Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) штамм IPPAS C-2045.In FIG. Figure 3 shows the carotenoid content in the cells of the Bracteacoccus aggregatus culture (syn. Cohaerens) strain IPPAS C-2045.

На Фиг. 4 показано филогенетичское дерево штамма Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 на основании последовательности внутреннего транскрибируемого спейсера 2 (ITS2) ядерного рибосомального кластера генов, полученное при помощи алгоритма максимального правдоподобия. Точность различных элементов топологии, определенная при помощи bootstrap-теста, указана около них (в процентах). Масштаб - число нуклеотидных замен в расчете на число позиций в множественном выравнивании.In FIG. Figure 4 shows the phylogenetic tree of the strain Bracteacoccus aggregatus (syn.cohaerens) IPPAS C-2045 based on the sequence of the internal transcribed spacer 2 (ITS2) of the nuclear ribosomal gene cluster, obtained using the maximum likelihood algorithm. The accuracy of various elements of the topology, determined using the bootstrap test, is indicated near them (in percent). Scale - the number of nucleotide substitutions per number of positions in multiple alignment.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Штамм Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 выделен из водоема на севере России, республика Карелия, д. Лоухи, Проток между Белым морем и Нижним Ершовским озером (66°32'07''N, 33°03'59''Е). Отселектирован в результате скрининга по способности к биосинтезу каротиноидов (смеси астаксантина и β-каротина).The strain Bracteacoccus aggregatus (syn.cohaerens) IPPAS C-2045 was isolated from a reservoir in the north of Russia, the Republic of Karelia, the village of Louhi, the Protok between the White Sea and Lower Yershov Lake (66 ° 32'07``N, 33 ° 03'59 ' 'E). Selected as a result of screening for the biosynthesis of carotenoids (a mixture of astaxanthin and β-carotene).

Способ выделения - из накопительной культуры, полученной путем инокуляции среды BG-11 отобранными клетками с последующим рассевом по твердой среде BG-11.The isolation method is from an accumulative culture obtained by inoculating BG-11 medium with selected cells, followed by sieving on solid BG-11 medium.

Морфологические признаки.Morphological signs.

Характер роста на среде хранения: гомогенный, на поздних стадиях возможна агрегация. Цитологическое описание:Growth pattern on storage medium: homogeneous, aggregation is possible in the later stages. Cytological description:

форма клеток, размер: штамм В. aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 представлен небольшими коккоидными клетками (до 9 мкм диаметром) или эллиптическими (Фиг. 1). При росте на среде BG-11 часто формируются многоклеточные кластеры. При снижении скорости роста или переносе в неблагоприятные условия клетки существенно увеличиваются в размере (до 20 мкм) и приобретают оранжевую окраску (Фиг. 1). Пиреноид отсутствует.cell shape, size: strain B. aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 is represented by small coccoid cells (up to 9 μm in diameter) or elliptic (Fig. 1). When growing on a BG-11 medium, multicellular clusters are often formed. With a decrease in the growth rate or transfer to adverse conditions, the cells significantly increase in size (up to 20 μm) and acquire an orange color (Fig. 1). The pyrenoid is absent.

а) хроматофор (форма, цвет): один крупный париетальный хроматофор, с увеличением размеров появляются более мелкие хлоропласты зеленого цвета.a) chromatophore (shape, color): one large parietal chromatophore, with an increase in size, smaller green chloroplasts appear.

б) при культивировании жгутиковые стадии не обнаружены (однако по литературным данным в редких случаях встречаются зооспоры с двумя жгутиками [

Figure 00000003
et al., 2013]).b) during cultivation, flagellum stages were not detected (however, according to the literature, in rare cases zoospores with two flagella are found [
Figure 00000003
et al., 2013]).

в) особенности морфологии в условиях оптимального роста: клетки мелкие, имеют зеленую окраску, коккоидные (Фиг. 1).c) morphological features under optimal growth conditions: the cells are small, have a green color, coccoid (Fig. 1).

г) при длительном хранении клетки увеличиваются в размерах, приобретают оранжевую окраску (Фиг. 1).g) with prolonged storage, the cells increase in size, acquire an orange color (Fig. 1).

д) особенности морфологии в условиях, обеспечивающих максимальный выход продукта: клетки приобретают оранжевую окраску. Наблюдается редукция фотосинтетического аппарата, уменьшение объема занимаемого пластидами, в строме пластид появляются многочисленные пластоглобулы.e) morphological features under conditions ensuring the maximum yield of the product: cells acquire an orange color. There is a reduction in the photosynthetic apparatus, a decrease in the volume occupied by plastids, numerous plastoglobules appear in the stroma of the plastids.

Физиологические свойства штамма.Physiological properties of the strain.

Оптимальные условия культивирования:Optimum cultivation conditions:

Для культивирования используют жидкую питательную среду BG-11 [Stanier, R. et al. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1971, 35(2): 171-205], готовится из стоковых растворов; все компоненты можно автоклавировать.For cultivation using a liquid nutrient medium BG-11 [Stanier, R. et al. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1971, 35 (2): 171-205], prepared from stock solutions; All components can be autoclaved.

Среда BG-11 следующего состава:Environment BG-11 of the following composition:

K2НРO4 - 0,04 г/л, NaNO3 - 0,3 г/л, MgSO4⋅7H2O - 0,075 г/л,K 2 HPO 4 - 0.04 g / l, NaNO 3 - 0.3 g / l, MgSO 4 ⋅ 7H 2 O - 0.075 g / l,

СаСl2⋅2Н20 - 0,036 г/л, лимонная кислота - 0,006 г/л,CaCl 2 ⋅ 2H 2 0 - 0.036 g / l, citric acid - 0.006 g / l,

FeSO4⋅7H20 - 0,006 г/л, Na2CO3 - 0,2 г/л, ЭДТА- 0,001 г/л,FeSO 4 ⋅7H 2 0 - 0.006 g / l, Na 2 CO 3 - 0.2 g / l, EDTA - 0.001 g / l,

раствор FeSO4⋅7H20 (7,45 г/л)+ЭДТА (5,57 г/л) - 1 мл/л,FeSO 4 ⋅7H 2 0 solution (7.45 g / l) + EDTA (5.57 g / l) - 1 ml / l,

раствор микроэлементов (Н3ВО3 - 2,86 г/л, MnCl2⋅4Н20 - 1,86 г/л, ZnSO4⋅7H20 - 0,22 г/л, CuSO4⋅5H20 - 0,08 г/л, Na2MoO4⋅7H20 - 0,39 г/л, Co(NO3)2⋅6H20 - 0,05 г/л) - 1 мл/л,trace element solution (H 3 BO 3 - 2.86 g / l, MnCl 2 ⋅ 4Н 2 0 - 1.86 g / l, ZnSO 4 ⋅ 7H 2 0 - 0.22 g / l, CuSO 4 ⋅ 5H 2 0 - 0.08 g / l, Na 2 MoO 4 ⋅ 7H 2 0 - 0.39 g / l, Co (NO 3 ) 2 ⋅ 6H 2 0 - 0.05 g / l) - 1 ml / l,

рН в начале культивирования - 7,4-7,7pH at the beginning of cultivation - 7.4-7.7

рН в конце культивирования 6,9-7,2pH at the end of cultivation 6.9-7.2

скорость барботажа воздухом 0,8-1,2 л/минair sparging rate 0.8-1.2 l / min

температура 23-25°Сtemperature 23-25 ° С

освещение круглосуточное, освещенность 60-80 моль квантов /м2/секround-the-clock lighting, illumination of 60-80 mol quanta / m 2 / s

тип ламп: светодиодные, 4700 Кtype of lamps: LED, 4700 K

Для индукции каротиногенеза и перехода на «красную» стадию культивирования, клетки, находящиеся на экспоненциальной фазе роста, дважды промывают безазотной средой BG-110 [Rippka, R. et al. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 1979, 111, 1-61), ресуспензируют в 300-400 мл этой среды и инкубируют при освещении 460-480 мкмоль фотонов ФАР м-2⋅с-1 в течение 7-10 суток.To induce carotenogenesis and transition to the “red” stage of cultivation, cells at the exponential growth phase are washed twice with nitrogen-free medium BG-11 0 [Rippka, R. et al. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 1979, 111, 1-61), are resuspended in 300-400 ml of this medium and incubated under illumination of 460-480 μmol of photons PHAR m -2 s -1 for 7-10 days.

После этого отделяют биомассу от среды центрифугированием с ускорением не менее 3000 g в течение 4-5 минут.After that, the biomass is separated from the medium by centrifugation with an acceleration of at least 3000 g for 4-5 minutes.

Продуктивность в оптимальных условиях культивирования:Productivity under optimal cultivation conditions:

по накоплению биомассы (сухой вес, мг/л в сутки): 100-200;the accumulation of biomass (dry weight, mg / l per day): 100-200;

выход полезного продукта: сумма каротиноидов оценивается в 2,4-2,6% сухого веса, продуктивность по каротиноидам 3,6-3,8 мг в сутки с 1 л культуры, одновременное накопление астаксантина и β-каротина (55-60 масс. % и 35-40 масс. %, соответственно от суммы каротиноидов).yield of a useful product: the amount of carotenoids is estimated at 2.4-2.6% dry weight, carotenoid productivity 3.6-3.8 mg per day with 1 liter of culture, the simultaneous accumulation of astaxanthin and β-carotene (55-60 wt. % and 35-40 wt.%, respectively, of the sum of carotenoids).

Биотехнологическая характеристика штамма.Biotechnological characteristics of the strain.

Штамм микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045, депонированный в Российской Коллекции Микроводорослей при учреждении Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии Наук (IPPAS) с присвоенным идентификатором IPPAS С-2045, продуцент смеси натурального биоантиоксиданта астаксантина и β-каротина (провитамина А) в соотношении 55-60 масс. % и 35-40 масс. % от суммы каротиноидов соответственно, которая составляет 2,4-2,6% сухого веса, при продуктивности по сумме каротиноидов 3,6-3,8 мг в сутки с 1 л культуры, способный к биоизъятию фосфатов из среды со скоростью 2,3-2,6 мг⋅л-1⋅сут-1.The microalgae strain Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) IPPAS C-2045, deposited in the Russian Collection of Microalgae at the Institute of Plant Physiology K.A. Timiryazev Russian Academy of Sciences (IPPAS) with the assigned identifier IPPAS C-2045, producer of a mixture of natural bioantioxidant astaxanthin and β-carotene (provitamin A) in a ratio of 55-60 mass. % and 35-40 wt. % of the amount of carotenoids, respectively, which is 2.4-2.6% of dry weight, with a productivity of 3.6-3.8 mg per day of carotenoids per 1 liter of culture, capable of bioabsorbing phosphates from the medium at a rate of 2.3 -2.6 mg⋅l -1 day -1 .

Условия культивирования, обеспечивающие максимальный уровень (выход) полезного свойства (продукта): любой стрессор, снижающий скорость деления клеток (освещение 460-480 мкмоль фотонов ФАР м-2⋅с-1, исключение азота из состава среды культивирования).Cultivation conditions providing the maximum level (yield) of useful property (product): any stressor that reduces the cell division rate (illumination of 460-480 μmol of photons of PHAR m -2 s -1 , excluding nitrogen from the composition of the culture medium).

Генотипирование.Genotyping.

Выделение ДНК.DNA isolation.

Для выделения ДНК отбирают 5-10 мг биомассы культуры микроводоросли. Выделение ДНК проводят методом фенол-хлороформной экстракции. Перед выделением проводят трехкратное замораживание образцов при -4°С с последующим оттаиванием. Это необходимо для разрушения прочных клеточных стенок водорослей. Образцы инкубируют в течение часа в 300 мкл ТЕ буфера (10 mM Tris-Cl (рН 7.5), 1 mM EDTA), содержащего 10 мг/мл лизоцима при 37°С. Затем добавляют 2% додецилсульфата натрия и инкубируют в течение часа при 40°С и интенсивном перемешивании. Далее добавляют 1 М NaCl и оставляют на ночь на льду для высаливания белков. После чего проводят процедуру фенол-хлороформной экстракции. Чистоту образцов ДНК оценивают методом электрофореза в 1,5% агарозном геле. Полученные образцы ДНК хранят в ТЕ-буфере при -4°C.5-10 mg of microalgae culture biomass was selected for DNA isolation. DNA is isolated by phenol-chloroform extraction. Before isolation, the samples are frozen three times at -4 ° C, followed by thawing. This is necessary for the destruction of the strong cell walls of algae. Samples were incubated for one hour in 300 μl of TE buffer (10 mM Tris-Cl (pH 7.5), 1 mM EDTA) containing 10 mg / ml lysozyme at 37 ° C. Then add 2% sodium dodecyl sulfate and incubate for one hour at 40 ° C with vigorous stirring. Then add 1 M NaCl and leave overnight on ice to salting out the proteins. Then carry out the procedure of phenol-chloroform extraction. The purity of DNA samples was evaluated by electrophoresis in a 1.5% agarose gel. The resulting DNA samples were stored in TE buffer at -4 ° C.

Филогенетический анализ.Phylogenetic analysis.

Филогенетические взаимоотношения штамма IPPAS С-2045 и близких штаммов оценивают по сходству частичной последовательности гена 18s pРНК. Представленное филогенетическое дерево получено методом NJ (Фиг. 4). Филогенетический анализ проведен в программе BioNJ. Визуализация проведена в программе TreeDyn 198.3. Процент репликативных деревьев, в которые были объединены таксоны в бустрап-тесте показаны рядом ветками.Phylogenetic relationships of the IPPAS C-2045 strain and related strains are evaluated by the similarity of the partial sequence of the 18s pRNA gene. Presented phylogenetic tree obtained by the NJ method (Fig. 4). Phylogenetic analysis was performed in the BioNJ program. Visualization was carried out in the program TreeDyn 198.3. The percentage of replicative trees into which taxa were combined in the bootstrap test are shown next to the branches.

В результате проведенного филогенетического анализа установлена видовая принадлежность исследуемого изолята. Изолят идентифицирован как Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) и получил идентификатор IPPAS С-2045; после депонирования в Российской Коллекции Микроводорослей при учреждении Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии Наук (IPPAS) ему присвоен идентификатор IPPAS С-2045.As a result of the phylogenetic analysis, the species affiliation of the studied isolate was established. The isolate was identified as Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) and received the IPPAS identifier C-2045; after depositing in the Russian Collection of Microalgae at the establishment of the Institute of Plant Physiology K.A. Timiryazev Russian Academy of Sciences (IPPAS) he was assigned the identifier IPPAS S-2045.

Кинетика поглощения фосфатовPhosphate Absorption Kinetics

Кинетику поглощения фосфатов культурой микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) штамм IPPAS C-2045 оценивают по остаточному содержанию ортофосфата в среде методом ионной хроматографии. Начальная плотность культуры - 0,5 г с.в.⋅л-1, освещенность - 60-80 мкмоль фотонов ФАР м-2⋅с-1. При добавлении ортофосфата до конечной концентрации 400 мкмоль⋅л-1 к культуре штамма IPPAS С-2045, предварительно проинкубированной в течение 10 суток на среде BG-11, не содержащей источника фосфора, наблюдается быстрое поглощение ортофосфата. В результате способность штамма микроводоросли IPPAS С-2045 к биоизъятию фосфатов из среды составляет 2,3-2,6 мг⋅л-1⋅сут-1 в пересчете на ортофосфат.The kinetics of phosphate uptake by a microalgae culture of Bracteacoccus aggregatus (syn. Cohaerens) strain IPPAS C-2045 is evaluated by the residual content of orthophosphate in the medium by ion chromatography. The initial density of the culture - 0.5 g s.v.⋅l -1 illuminance - 60-80 micromol photons m -2 PAR ⋅s -1. When orthophosphate is added to a final concentration of 400 µmol⋅l -1 to the culture of IPPAS C-2045 strain, previously incubated for 10 days on BG-11 medium that does not contain a phosphorus source, fast absorption of orthophosphate is observed. As a result, the ability of the microalgae strain IPPAS S-2045 to bioabsorb phosphates from the medium is 2.3–2.6 mg⋅l -1 ⋅ days -1 in terms of orthophosphate.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами выполнения, которые не являются единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by specific examples of execution, which are not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.

Для культивирования использовали жидкую питательную среду BG-11 [Stanier, R. et al. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1971, 35(2): 171-205], готовилась из стоковых растворов.For cultivation used a liquid nutrient medium BG-11 [Stanier, R. et al. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1971, 35 (2): 171-205], prepared from stock solutions.

Среда BG-11 следующего состава:Environment BG-11 of the following composition:

K2НРO4 - 0,04 г/л, NaNO3 - 0,3 г/л, MgSO4⋅7H20 - 0,075 г/л,K 2 HPO 4 - 0.04 g / l, NaNO 3 - 0.3 g / l, MgSO 4 ⋅ 7H 2 0 - 0.075 g / l,

СаСl2⋅2Н20 - 0,036 г/л, лимонная кислота - 0,006 г/л,CaCl 2 ⋅ 2H 2 0 - 0.036 g / l, citric acid - 0.006 g / l,

FeSO4⋅7H20 - 0,006 г/л, Na2CO3 - 0,2 г/л, ЭДТА - 0,001 г/л,FeSO 4 ⋅7H 2 0 - 0.006 g / l, Na 2 CO 3 - 0.2 g / l, EDTA - 0.001 g / l,

раствор FeSO4⋅7H20 (7,45 г/л)+ЭДТА (5,57 г/л) - 1 мл/л,FeSO 4 ⋅7H 2 0 solution (7.45 g / l) + EDTA (5.57 g / l) - 1 ml / l,

раствор микроэлементов (Н3BO3 - 2,86 г/л, MnCl2⋅4Н20 - 1,86 г/л, ZnSO4⋅7H20 - 0,22 г/л, CuSO4⋅5H20 - 0,08 г/л, Na2MoO4⋅7H20 - 0,39 г/л, Co(NO3)2⋅6H20 - 0,05 г/л) - 1 мл/л,trace element solution (Н 3 BO 3 - 2.86 g / l, MnCl 2 ⋅4Н 2 0 - 1.86 g / l, ZnSO 4 ⋅7H 2 0 - 0.22 g / l, CuSO 4 ⋅5H 2 0 - 0.08 g / l, Na 2 MoO 4 ⋅ 7H 2 0 - 0.39 g / l, Co (NO 3 ) 2 ⋅ 6H 2 0 - 0.05 g / l) - 1 ml / l,

рН в начале культивирования - 7,4-7,7pH at the beginning of cultivation - 7.4-7.7

рН в конце культивирования 6,9-7,2pH at the end of cultivation 6.9-7.2

скорость барботажа воздухом 0,8-1,2 л/минair sparging rate 0.8-1.2 l / min

Штамм культивировали при температуре 23-25°С и круглосуточном освещении (освещенность 60-80 мкмоль фотонов ФАР м-2⋅с-1, тип ламп: светодиодные, 4700 К).The strain was cultured at a temperature of 23-25 ° C and round-the-clock illumination (illumination of 60-80 μmol of photons PHAR m -2 ⋅ s -1 , type of lamp: LED, 4700 K).

Культивирование проводилось в течении 10-14 суток.Cultivation was carried out for 10-14 days.

Для индукции каротиногенеза и перехода на «красную» стадию культивирования, клетки, находящиеся на экспоненциальной фазе роста, дважды промывают безазотной средой BG-110 [Rippka, R. et al. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 1979, 111, 1-61), ресуспензируют в 300-400 мл этой среды и инкубируют при освещении 460-480 мкмоль фотонов ФАР м-2⋅с-1 в течение 7-10 суток.To induce carotenogenesis and transition to the “red” stage of cultivation, cells at the exponential growth phase are washed twice with nitrogen-free medium BG-11 0 [Rippka, R. et al. Generic Assignments, Strain Histories and Properties of Pure Cultures of Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 1979, 111, 1-61), are resuspended in 300-400 ml of this medium and incubated under illumination of 460-480 μmol of photons PHAR m -2 s -1 for 7-10 days.

После этого отделяют биомассу от среды центрифугированием с ускорением не менее 3000 g в течение 4-5 минут.After that, the biomass is separated from the medium by centrifugation with an acceleration of at least 3000 g for 4-5 minutes.

Анализ каротиноидов проводят сразу после отделения биомассы, либо через 30 суток, сохраняя образцы при -80°С. Для пигментного анализа, используют спектрофотометрические и хроматографические методы [Chekanov K. et al. Accumulation of Astaxanthin by a New Haematococcus pluvialis Strain BM1 from the White Sea Coastal Rocks (Russia). Marine Drugs. 2014, 12, 4504-4520].The analysis of carotenoids is carried out immediately after separation of the biomass, or after 30 days, keeping the samples at -80 ° C. For pigment analysis, spectrophotometric and chromatographic methods are used [K. Chekanov et al. Accumulation of Astaxanthin by a New Haematococcus pluvialis Strain BM1 from the White Sea Coastal Rocks (Russia). Marine Drugs. 2014, 12, 4504-4520].

Продуктивность в оптимальных условиях культивирования:Productivity under optimal cultivation conditions:

по накоплению биомассы (сухой вес, мг/л в сутки): 100-200;the accumulation of biomass (dry weight, mg / l per day): 100-200;

выход полезного продукта: сумма каротиноидов оценивается в 2,4-2,6% сухого веса, продуктивность по каротиноидам 3,6-3,8 мг в сутки с 1 л культуры, одновременное накопление астаксантина и β-каротина (55-60 масс. % и 35-40 масс. %, соответственно от суммы каротиноидов). Результаты представлены на фиг. 2 и 3.yield of a useful product: the amount of carotenoids is estimated at 2.4-2.6% dry weight, carotenoid productivity 3.6-3.8 mg per day with 1 liter of culture, the simultaneous accumulation of astaxanthin and β-carotene (55-60 wt. % and 35-40 wt.%, respectively, of the sum of carotenoids). The results are shown in FIG. 2 and 3.

Таким образом штамм микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 демонстрирует высокую способность к одновременному накоплению астаксантина и провитамина А (β-каротина), что не встречается у известных аналогов. Накопление астоксантина и β-каротина составляет 55-60 масс. % и 35-40 масс. % соответственно от суммы каротиноидов на «красной» стадии культивирования, что в 2 раза превосходит аналогичный показатель у известного прототипа. Сумма каротиноидов составляет 2,4-2,6% сухого веса, что в 2,5 раза выше, по сравнению с прототипом. Штамм Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 сохраняет высокую продуктивность (100-200 мг сухой биомассы и 3,6-3,8 мг каротиноидов в сутки с 1 л культуры) и одновременную способность к биоизъятию фосфатов из среды со скоростью 2,3-2,6 мг⋅л-1⋅сут-1, что превышает уровень известных аналогов, не способных к одновременному накоплению астаксантина и β-каротина.Thus, the microalgae strain Bracteacoccus aggregatus (syn.cohaerens) IPPAS C-2045 shows a high ability to simultaneously accumulate astaxanthin and provitamin A (β-carotene), which is not found in known analogues. The accumulation of astoxanthin and β-carotene is 55-60 mass. % and 35-40 wt. %, respectively, of the amount of carotenoids at the "red" stage of cultivation, which is 2 times higher than the same indicator for the known prototype. The amount of carotenoids is 2.4-2.6% of dry weight, which is 2.5 times higher compared to the prototype. The strain Bracteacoccus aggregatus (syn.cohaerens) IPPAS C-2045 maintains high productivity (100-200 mg of dry biomass and 3.6-3.8 mg of carotenoids per day with 1 liter of culture) and the simultaneous ability to bioabsorb phosphates from the medium at a rate of 2 , 3-2.6 mg⋅l -1 ⋅ days -1 , which exceeds the level of known analogues that are not capable of the simultaneous accumulation of astaxanthin and β-carotene.

Штамм микроводоросли Bracteacoccus aggregatus (syn. cohaerens) IPPAS C-2045 успешно прошел предварительное тестирование и этап пробного культивирования в экспериментальных и полупромышленных фотобиореакторах объемом до 50 л.The microalgae strain Bracteacoccus aggregatus (syn.cohaerens) IPPAS C-2045 successfully passed the preliminary test and the stage of test cultivation in experimental and semi-industrial photobioreactors up to 50 l.

Claims (1)

Штамм микроводоросли Bracteacoccus aggregatus, депонированный в Российской Коллекции Микроводорослей при учреждении «Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской Академии Наук» с присвоенным идентификатором IPPAS С-2045, - продуцент смеси натурального биоантиоксиданта астаксантина и провитамина А.The microalgae strain Bracteacoccus aggregatus, deposited in the Russian Collection of Microalgae at the establishment of the Institute of Plant Physiology named after K.A. Timiryazev Russian Academy of Sciences "with the assigned identifier IPPAS S-2045, - producer of a mixture of natural bioantioxidant astaxanthin and provitamin A.
RU2019122506A 2019-07-17 2019-07-17 Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a RU2710131C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122506A RU2710131C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019122506A RU2710131C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710131C1 true RU2710131C1 (en) 2019-12-24

Family

ID=69022714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122506A RU2710131C1 (en) 2019-07-17 2019-07-17 Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710131C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661086C1 (en) * 2017-03-31 2018-07-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН" Method of cultivation of microalgae coelastrella rubescens for production of carotenoids and lipids

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661086C1 (en) * 2017-03-31 2018-07-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН" Method of cultivation of microalgae coelastrella rubescens for production of carotenoids and lipids

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FUCIKOVA K. ET AL. Revision of the genus Bracteacoccus Tereg (Chlorophyceae, Chlorophyta) based on a phylogenetic approach. Nova Hedwigia, Vol. 96 issue 1-2, 2012, pp.15-59. *
FUCIKOVA K. ET AL. Revision of the genus Bracteacoccus Tereg (Chlorophyceae, Chlorophyta) based on a phylogenetic approach. Nova Hedwigia, Vol. 96 issue 1-2, 2012, pp.15-59. МИНЮК Г.С. И ДР. Скрининг одноклеточных зелёных водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. Актуальность, стратегия и тактика исследований. Экология моря, Т.80, 2010, с. 67-78. *
МИНЮК Г.С. И ДР. Скрининг одноклеточных зелёных водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов. Актуальность, стратегия и тактика исследований. Экология моря, Т.80, 2010, с. 67-78. *
ЧУБЧИКОВА И.Н. И ДР. Скрининг одноклеточных зелёных водорослей как потенциальных источников природных кетокаротиноидов 2. Особенности роста и вторичного каротиногенеза у представителей рода Вracteacoccus (Сhlorophyceae). Морской экологический журнал, N1, Т.Х, 2011, с. 91-97. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. A highly efficient two-stage cultivation strategy for lutein production using heterotrophic culture of Chlorella sorokiniana MB-1-M12
Henríquez et al. Carotenoids in microalgae
Sánchez et al. Influence of culture conditions on the productivity and lutein content of the new strain Scenedesmus almeriensis
Borowitzka Dunaliella: biology, production, and markets
Ip et al. Enhanced production of astaxanthin by the green microalga Chlorella zofingiensis in mixotrophic culture
Jin et al. Xanthophylls in microalgae: from biosynthesis to biotechnological mass production and application
Aburai et al. Composition of carotenoids and identification of aerial microalgae isolated from the surface of rocks in mountainous districts of Japan
Ausich Commercial opportunities for carotenoid production by biotechnology
Borowitzka et al. β-carotene (provitamin A) production with algae
Chen et al. Enhancing lutein production with Chlorella sorokiniana Mb-1 by optimizing acetate and nitrate concentrations under mixotrophic growth
US11034968B2 (en) Heterotrophic production methods for microbial biomass and bioproducts
Jin et al. Microalgal biotechnology: carotenoid production by the green algae Dunaliella salina
Han et al. Biology and commercial aspects of Haematococcus pluvialis
US8173391B2 (en) Golden yellow algae and method of producing the same
Chini Zittelli et al. Valuable pigments from microalgae: phycobiliproteins, primary carotenoids, and fucoxanthin
Dragoş et al. ASTAXANTHIN PRODUCTION FROM A NEW STRAIN OF HAEMATOCOCCUS PLUVIALIS GROWN IN BATCH CULTURE.
Ben-Amotz Bioactive compounds: glycerol production, carotenoid production, fatty acids production
Fu et al. Lutein production from microalgae: A review
Mousavi Nadushan et al. Optimization of production and antioxidant activity of fucoxanthin from marine haptophyte algae, Isochrysis galbana
Chen et al. Co-production of lutein, zeaxanthin, and β-carotene by utilization of a mutant of the green alga Chromochloris zofingiensis
Salbitani et al. Microalgae cross-fertilization: Short-term effects of Galdieria phlegrea extract on growth, photosynthesis and enzyme activity of Chlorella sorokiniana cells
Borowitzka Algae as food
RU2710131C1 (en) Bracteacoccus aggregatus microalgae strain - producer of a mixture of natural bioantioxidant of astaxanthin and provitamin a
Fujii et al. Isolation of the non-fastidious microalga with astaxanthin-accumulating property and its potential for application to aquaculture
Lukavský et al. The alga Bracteacoccus bullatus (Chlorophyceae) isolated from snow, as a source of oil comprising essential unsaturated fatty acids and carotenoids

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200720