Vliv stresových faktorů na tvorbu karotenoidů v izolovaných kmenech půdních řas

• Thesis title in Czech: Vliv stresových faktorů na tvorbu karotenoidů v izolovaných kmenech půdních řas
• Thesis title in English: Effect of stress factors on carotenoid production in isolated soil algae strains
• Key words: astaxanthin, ß-karoten, Chlorophyceae, echinenon, karotenoidy, lutein, mikrořasy, N-deficience, růstová rychlost, stresové faktory, světelná intenzita
• English key words: asthaxanthin, ß-carotene, Chlorophyceae, carotenoids, echinenone, lutein, microalgae, N-depletion, growth rate, stress factors, light intensity
• Academic year of topic announcement: 2019/2020
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Botany (31-120)
• Supervisor: doc. RNDr. Yvonne Němcová, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 28.11.2019
• Date of assignment: 28.11.2019
• Date of electronic submission: 06.08.2021
• Date of proceeded defence: 02.09.2021
• Opponents: doc. RNDr. Linda Nedbalová, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Eliška Nováková, Ph.D.

Preliminary scope of work

Mikroskopické řasy produkují celou řadu prospěšných látek. Mezi komerčně využívané patří hlavně lipidy a pigmenty (především sekundární karotenoidy). Zatímco primární karotenoidy jsou součástí fotosyntetického aparátu, a tedy nezbytné pro přežití buňky; sekundární karotenoidy jsou produkovány pouze za určitých specifických podmínek (např. vysoký osvit, osmotický šok, nedostatek dusíku). Sekundární karotenoidy neutralizují volné radikály a ROS (reaktivní formy kyslíku). Tyto antioxidační schopnosti sekundárních karotenoidů chrání buňku před nepříznivými vlivy. Komerčně je v současnosti využíván astaxanthin z komplexu Haematococcus pluvialis a beta karoten z Dunaliella bardawil. Několik dalších kmenů bylo testováno v laboratorních podmínkách a jeví se jako slibní producenti sekundárních karotenoidů např. Chromochloris zofingiensis. Kmeny, které se testují pro potencionální využití, pochází téměř výhradně z řasových sbírek, proto se diplomantka zaměří na kmeny izolované z přírody.
Cíle práce:
1) Izolovat kmeny řas z přírodních lokalit (cca 2 kmeny), které produkují větší množství sec. karotenoidů (tj. staré kultury mají žluto-oranžové zbarvení)
2) Genetická charakterizace izolovaných kmenů
3) Stanovení karotenoidů u stacionárních kultur, ve spolupráci s Mgr. Eliškou Novákovou, Ph.D. (konzultant práce)
4) Zkřížené gradienty teploty a osvitu, zjistit optimální teplotu a světelnou intenzitu pro růst a produkci SC.
5) Zvyšuje navození stresových podmínek produkci SC u zkoumaných kmenů?
Metodika:
1) Součástí této části práce je docílit přednostního růstu řas, které produkují sekundární karotenoidy. Toho lze dosáhnout exponováním misek s naředěným půdním výluhem slabému UVB zářením či zvýšené světelné intenzitě, což vyvolá světelný stres. Následně budou řasy selektovány dle okem-viditelného oranžového zbarvení či za pomocí fluorescenční barvy BODIPY. Konečným cílem této části je získat 1-2 izolované kmeny půdních řas z přírody.
2) Dalším cílem práce je izolované kmeny geneticky charakterizovat. Pro genetickou charakterizaci se pravděpodobně využijí metody 18S a ITS rDNA, rbcL, případně jiné.
3) Následuje stanovení sekundárních karotenoidů ve stacionárních kulturách ve spolupráci s RNDr. Eliškou Novákovou, PhD (konzultantka práce, katedra analytické chemie). Stanovení množství a identifikace jednotlivých karotenoidů bude nejspíš probíhat za pomoci vysokoúčinné kapalinové chromatografie v kombinaci s detektorem s diodovým polem, konkrétní metodika bude určena na základě skutečných potřeb práce. Tato část bude probíhat v návaznosti na rešerši v bakalářské práci.
4) Konečným cílem práce je, po získání hrubé představy o obsahu sekundárních karotenoidů, zjistit optimální teplotu a světelnou intenzitu pro růst řasy a produkci sekundárních karotenoidů. Toho bude dosaženo růstem na zkřížením gradientu osvitu a teploty, kdy míra osvitu bude nejspíše v rozmezí 250-350 µmol m^-2 s^-1. Růstová rychlost bude měřena na PAM fluorometru nebo pomocí čtečky mikrotitračních destiček. Vzhledem k faktu, že nejvyšší produkce karotenoidů je v podmínkách, kde je již značně omezený růst, bude třeba nalézt vhodný kompromis.
5) Závěrem práce by mělo být zjištění zda, případně jak, stresové podmínky ovlivňují produkci a akumulaci sekundárních karotenoidů u izolovaných kmenů půdních řas z přírodních lokalit. Vliv stresu na řasy bude zjišťován na základě výsledků jednotlivých experimentů s odlišnými stresovými podmínkami. Experimenty mohou, mimo již zmíněné teplo a míru osvitu, obsahovat i limitaci dusíkem, expozici kmenů UVA a UVB záření, či kombinaci více stresových faktorů zároveň.