109

MICROBIOLOGIA I BIOTEHNOLOGIA

STUDIUL INFLUENEI COMPUILOR COORDINATIVI AI Cu(II) ASUPRA PRODUCTIVITII CIANOBACTERIEI

SPIRULINA PLATENSIS

Ludmila Batr*, Aurelian Gulea**, Victor apcov**, Valeriu Rudic*

*Institutul de Microbiologie i Biotehnologie, AM**Laboratorul Chimia Coordinativ, USM

Introducere

n ultimii ani n calitate de obiecte biotehnologice snt valori cate tot mai intens microorganismele fotosintezatoare, cum sunt microalgele i cianobacteriile [6-8]. Cercetrile de explorare biotehnologic a cianobacteriilor i microalgelor, desfurate n Laboratorul de Cercetri tiini ce Ficobiotehnologie al Universitii de Stat din Moldova i laboratorul Ficobiotehnologie al Institutului de Microbiologie i Bi-otehnologie al Academiei de tiine a Moldovei, de rnd cu abordarea unor probleme legate de optimizarea mediilor, parametrilor i condiiilor de cultivare sunt consac-rate soluionrii unor astfel de aspecte importante, ca precutarea cilor noi de reglare cantitativ i calitativ a metabolismului microalgal i cianobacterian spre sporirea e cacitii producerii de biomas i de intensi care a sintezei principiilor bioactive, componente ale acesteia.

110

Unul dintre cele mai explorate obiecte biotehnologice n ultimii ani este ciano-bacteria Spirulina platensis. Numeroase rezultate ale cercetrilor, publicate n liter-atura de specialitate, au demonstrat faptul c, cultivarea spirulinei n prezena unor compui coordinativi permite obinerea unei biomase nu numai cu un coninut progno-zat de principii bioactive, dar i cu un coninut nalt de bioelemente cu efecte sanogene [1,2,7,14,15].

Cu toate c spirulina a servit ca obiect de studiu n numeroase cercetri biotehnologice i biomedicale, mai rmn neexplorate i alte posibiliti de modi care a potenialului ei biosintetic, ind precutate noi modele de producere a biomasei, evidenierea unor noi stimulatori, studierea condiiilor i parametrilor optimi de cretere i dezvoltare etc.

Scopul investigaiilor: Studiul e cacitii utilizrii unor compui coordinativi ai Cu (II) n calitate de reglatori ai creterii i dezvoltrii cianobacteriei Spirulina platensis.

Materiale i metodeObiectul cercetrilor a fost tulpina cianobacteriei Spirulina platensis CNM-CB-02

surs de substane bioactive, depozitat n Colecia Naional de Microorganisme Nepatogene a Institutului de Microbiologie i Biotehnologie al AM. Spirulina plat-ensis a fost cultivat pe mediul lichid SP-1 cu o componen echilibrat de macro i microelemnete [9]. Drept stimulatori ai creterii i dezvoltrii au fost utilizai compuii coordinativi ai Cu(II) care difer dup natura ligandului (tab.1) suplimentai la mediul de cultivare n concentraii de 2,00, 4,00 i 6,00 mg/l. Compuii coordinativi ai Cu (II) au fost sintetizai de ctre cercettorii din laboratorul Chimia Coordinativ al USM i oferii cu amabilitate de profesorul univ. A. Gulea.

Tabelul 1. Compuii coordinativi ai Cu(II) utilizai la cultivarea spirulinei

Compusul Ligand

[Cu (L1-H)H2O(NO

3)]

[Cu (L2-H)H2O(NO

3)]

[Cu (L3-H)H2O(NO3)]

CuL(NO3)

2

111

Cu(L-H)NO3

CuL32(NO

3)

2

Cu L1(Sfz) H2O

Cu L2(Sfz) 3H2O

Cu(L-2H)

Cultivarea spirulinei s-a efectuat n baloane Erlenmeyer a cte 250 ml cu 100 ml suspensie de spirulin la o temperatur de 300C i iluminarea de 2000 3000 luci n primele 2 zile i de 3000 4000 luci n urmtoarele zile ale cultivrii.

Productivitatea spirulinei n a 6a zi de cultivare s-a determinat fotocolorimetric [11] cu recalculul masei celulare la biomasa absolut uscat (BAU) [8,10,11].

Rezultate i discuii

Rezultatele cercetrilor descrise n literatura de specialitate privind in uena unor compui ai cuprului asupra creterii i dezvoltrii cianobacteriilor i microalgelor au scos n eviden faptul c stresul, provocat de prezena n mediul de cultivare a unor concentraii nalte de cupru, induce la cianobacterii i microalge dezvoltarea diferitor mecanisme de protecie celular, unele specii manifestnd toleran nalt fa de acest metal [3,4,12,13].

Astfel la expunerea culturii de Scenedesmus sp. timp de 48 ore la concentraii de 2,5-10 microM de cupru s-a constat o diminuare a creterii i dezvoltrii culturii, va-lorile productivitii ind n mod direct dependente de concentraia utilizat. Odat cu diminuarea creterii i dezvoltrii s-a semnalat o micorare a activitii fotosintetice i a respiraiei. De asemenea s-a observat o scdere a coninutului de proteine, carbohidrai

112

i pigmeni fotosintetici ca urmare a proprietilor toxice manifestate de ctre cupru [12].

Alte cercetri ntreprinse au fost axate pe studierea toxicitii cuprului la diatomea Thalassiosira weiss ogii n biomasa creea s-a obinut un coninut mai nalt de tiol i cistein cu implicare posibil a lor n mecanismele de detoxicare. La expunerea timp de 96 ore a microalgei Tetraselmis chuii unor concentraii de 0,10-20,00mg/l de cupru s-a observat o diminuare a creterii i dezvoltrii culturii, mai intens exprimat n primele 24 ore de cultivare [13].

Prezena n mediul de cultivare a microalgei Chlamydomonas reinhardtii a unor concentraii excesive de cupru a accelerat sinteza intracelular a alfa tocoferolului implicat n protecia membranelor celulare, ind totodat semnalat o cretere a coninutului de superoxiddismutaz i proteinkinaz ciclin-dependent [4]. Creterea peroxidrii lipidice, a coninutului de carotenoizi i activitii superoxiddismutazei a fost semnalat n cazul cultivrii microalgei Chlorella vulgaris n prezena unei concentraii de 3,00 microg ml(-1) de cupru, ind accelerat sinteza catalazei, ascorbat peroxidazei i a glutation reductazei nregistrndu-se un coninut mai sporit cu 35% de prolin [3,13].

Administrarea unor concentraii de 1mg/l de sulfat sau clorur de cupru n mediul de cultivare al algei Scenedesmus obliquus a dus la diminuarea semni cativ a productivitii, precum i a coninutului de proteine, semnalndu-se distrugeri ale legturilor peptidice a proteinelor histonice [12].

Alte cercetri ntreprinse au demonstrat c algele verzi Pseudokirchneriella subcapitata i Chlorella vulgaris cultivate n prezena unor concentraii nalte de Cu (II) au dus la apariia unui stres oxidativ, ind urmat de diminuarea productivitii i micorarea cu 12 % a activitii fotosintetice [13].

Pentru alga ciano t Enteromorpha compressa a fost identi cat o cretere a activitii ascorbat peroxidazei asociat i cu o sporire a coninutului de glutation odat cu creterea concentraiei de cupru n mediul de cultivare [5].

La cianobacteria Spirulina platensis, la concentraiile de 0,05-0,2mg/l de Cu(II) s-a modi cat coninutul intracelular de prolin, malonildialdehid i superoxiddismutaz ca urmare a stresului oxidativ provocat de prezena n mediul de cultivare a unor concentraii sporite de cupru, ind astfel activate mecanismele de protecie celular.

Rezultatele cercetrilor privind in uena compuilor coordinativi ai Cu (II) asupra productivitii tulpinii Spirulina platensis CNM-CB-02 sunt prezentate n tab. 2 i gura 1.

Analiza rezultatelor obinute a demonstrat c odat cu creterea concentraiei de compui coordinativi n mediul de cultivare productivitatea spirulinei scade. Astfel c cele mai mari valori ale productivitii s-au obinut n cazul administrrii concentraiei minime de compus (2,00 mg/l). Compuii [Cu(L2-H)H

2O(NO

3)], [Cu(L3-H)H

2O(NO

3)],

i Cu(L-H)NO3 au manifestat o aciune toxic mai pronunat, astfel nct valorile

productivitii sunt cu pn la 44% mai mici fa de proba martor, iar la concentraii ce ntrec 2,00 mg/l au nregistrat proprieti toxice pronunate, cultura meninndu-se viabil doar primele 48 ore de cultivare.

113

Tabelul 2. Productivitatea spirulinei la cultivare n prezena unor compui coordina-tivi ai Cu (II)

Compusulcoordinativ

Concentraiamg/l

Productivitateag/l, XtSx % M

[Cu (L1-H)H

2O(NO

3)]

246

1,00 0,020,90 0,020,80 0,04

117,64105,8894,11

[Cu (L2-H)H2O(NO3)]

246

0,84 0,04--

98,82--

[Cu (L3-H)H

2O(NO

3)]

246

0,48 0,02--

56,47--

CuL(NO3)2

246

1,00 0,020,80 0,030,66 0,04

117,6494,1177,64

Cu(L-H)NO3

246

0,80 0,02--

94,11--

CuL32(NO

3)

2

246

1,04 0,030,88 0,040,88 0,02

122,35103,52103,52

Cu L1(Sfz) H2O246

0,80 0,020,64 0,020,64 0,03

94,1175,2975,29

Cu L2(Sfz) 3H2O

246

0,90 0,030,80 0,020,66 0,03

105,8894,1177,64

Cu(L-2H)246

0,80 0,040,66 0,030,64 0,02

94,1177,6475,29

Martor 0,85 0,02 100

Toxicitatea compuilor cercetai poate determinat att de atomul central de cu-pru, ct i de natura liganzilor n componena crora intr radicalul fenil care de rnd cu cuprul poate manifesta proprieti toxice. n structura ligandului compusului [Cu(L3-H)H

2O(NO

3)], este prezent i radicalul metoxi -OCH

3 care de asemenea poate manifesta

o toxicitate nalt, ntruct la administrarea compusului n concentraii mai mari de 2,00 mg/l este toxic. n cazul administrrii acestui compus productivitatea se menine la nivelul valorii experimental- iniiale (0,48 g/l), chiar i dup 6 zile de cultivare.

Pentru compusii CuL1(Sfz)*H2O, CuL2(Sfz)*3H

2O i Cu(L-2H) productivitatea se

menine la nivelul probei martor doar la administrarea concentraiei de 2,00 mg/l, ind n descretere odat cu creterea concentraiei compusului, astfel, nct la administrarea lor n concentraia de 6,00 mg/l productivitatea coboar cu 24,71-22,36% fa de proba martor.

114

Figura 1. Productivitatea spirulinei la cultivare n prezena compuilor coordinativi ai Cu(II)

1 - [Cu (L1-H)H2O(NO3)] 4 - CuL(NO3)2 7 - Cu L1(Sfz)*H2O2 - [Cu (L2-H)H2O(NO3)] 5 - Cu(L-H)NO3 8 - Cu L2(Sfz)*H2O3 - [Cu (L3-H)H2O(NO3)] 6 - CuL32(NO3)2 9 - Cu(L-2H)

Compuii [Cu(L1-H)H2O(NO

3)], CuL(NO

3)

2, i CuL3

2(NO

3)

2, ind administrai n

concentraii de 2,00 mg/l, sporesc cu 17,64-22,35% productivtatea spirulinei atingnd n a 6-a zi de cultivare valori de 1,00-1,04g/l. Odat cu creterea concentraiei de com-pus coordinativ are loc descreterea valorilor productivitii, dar care totui nu sunt cu mult mai diminuate dect valorile probei martor, cu excepia CuL(NO

3)

2 care n

concentraii de 6,00 mg/l diminueaz productivitatea cu 22,36%.

Astfel, n urma cercetrilor efectuate pot formulate urmtoarele concluzii:Compuii coordinativi:[CuL3

2(NO

3)

2 i Cu(L1-H)H

2O(NO

3)] n concentraii de pn

la 4,00 6,00 mg/l stimuleaz creterea i dezvoltarea spirulinei, productivitatea ind cu 17,64-22,35% mai mare ca n proba martor, atingnd n a 6-a zi de cultivare valori de 1,00-1,04g/l.

Odat cu creterea concentraiei compuilor coordinativi CuL(NO3)

2,, CuL1(Sfz)H

2O,

CuL2(Sfz)3H2O i Cu(L-2H) are loc descreterea productivitii cu peste 24,71% fa

de proba martor.Compuii coordinativi [Cu(L2-H)H

2O(NO

3)], [Cu(L3-H)H

2O(NO

3)], i Cu(L-H)

NO3 manifesta o aciune toxic mai pronunat, astfel nct valorile productivitii sunt

cu pn 44% mai mici fa de proba martor chiar i la administrarea compusului n concentaii minime (2,00 mg/l).

Bibliogra e:Chiriac T.1. Biotehnologia cultivrii spirulinei i obinerii produselor cu coninut prognozat de

zinc i principii bioactive valoroase. Autoreferatul tezei de doctor n biologie, 2003, 23 p.Ciumac D.2. Studiul modi crii componenei biochimice a cianobacteriei Spirulina platensis la

cultivarea n prezena compuilor coordinativi ai Cr(III). Autoreferatul tezei de doctor n biologie, 2008, 26 p.

115

Jiunn-Tzong Wu, Ming-T. Hsieh, Lai-Chu Kow.3. Role of proline accumulation in response to toxic copper in Chlorella sp. (Chlorophyceae) cells.//Journal of Phycology. 1998. V. 34 p. 113-117.

Masatoshi Usui, Satoshi Tanaka, Hitoshi Miyasaka, Yoshimi Suzuki and Yuzo Shioi4. . Charac-terization of cysteine protease induced by oxidative stress in cells of Chlamydomonas sp. strain W80.// Physiologia Plantarum. 2007 V.131, N.4, p.519526.

N. Ratkevicius,J. A. Correa A. Moenne5. . Copper accumulation, synthesis of ascorbate and acti-vation of ascorbate peroxidase in Enteromorpha compressa from heavy metal-enriched environments in northern Chile.//Limnol. Oceanogr., 2003, V.48, Nr.1, p. 179188.

Rudi L.6. Sinteza orientat a acizilor grai de ctre cianobacteria Spirulina platensis (Nordst.)Geitl. CNM-CB-01 i microalga Porphyridium cruentum (Nag) CNM-AR-01 i procedee de obinere a preparatelor lipidice. Autoreferatul tezei de doctor n biologie, 2006, 24 p.

Rudic V, Bulimaga V., Chiriac T., Ghelbet V., Turt V., ova V., Mereacre V., Prodius D., 7. Ciumac D. Productivitatea i activitatea biosintetic a tulpinii cianobacteria Spirulina platensis CNM-CB-03 la cultivarea n prezena unor compui coordinativi noi ai Fe (II) // Analele tiini ce ale USM. Seria tiine chimico-biologice. Chiinu: CEP USM, 2005, p. 183-186.

Rudic V8. . Aspecte noi ale biotehnologiei. Chiinu, 1993, 140 p.Rudic V., Dencicov L.9. Optimizarea mediului nutritiv pentru cultivarea spirulinei. //Analele tiin-

i ce ale Universitii Al.I. Cuza din Iai, Seria Biologie, 1991, v. 37, p. 91-94.Rudic V., Gudumac V., Bulimaga V., Dencicov L., Ghelbet V., Chiriac T. Metode de investiga-10.

ii n cobiotehnologie. CE USM, 2002, 61p.Rudic V., Gudumac V., Gulea A.11. Metoda de determinare a biomasei absolut uscate de spirulin.

Brevet de invenie, nr. 1078/92.08.788(RO).//Buletin de Invenii i Mrci. 1997.- Nr.6.Sowik12. J., Pawlaczyk-Szpilowa M. Interaction between Scenedesmus obliquus and the Heavy

Metals Copper and Lead.//Acta hydrochimica et hydrobiologica,Vol.7, Nr.5 , p.503509.Stefanie Knauert, Katja Knauer.13. The role of reactive oxygen species in copper toxicity to two

freshwater green algae, 2008. Vol.44, Nr. 2, p.311-319.Zosim L.14. Biotehnologia cultivrii spirulinei i obinerii produselor cu coninut prognozat de er

i alte substane bioactive valoroase. Autoreferatul tezei de doctor n biologie, 2007, 22 p. ., ., .15.

Spirulina platensis, - .// Analele tiini ce USM, Seria tiine chimico-biologice, Chiinu, 2006, p. 163-165.

REGLAREA PROCESULUI DE BIOSINTEZ A STEROLILOR LA DROJDII PRIN ACIUNEA UNDELOR MILIMETRICE DE INTENSI-

TATE JOASAga a Usati, Elena Molodoi, Anatol Rotaru,

Taisia Moldoveanu, Tamara Borisova

Institutul de Microbiologie i Biotehnologie al A..MIntroducere

Aciunea undelor milimetrice de intensitate joas asupra diferitor obiecte biologice se cerceteaz intens n ultimii 20-25 ani. Sinteza rezultatelor experimentale publicate, permite de a elucida unele aspecte fundamentale ale activitii vitale i a mecanismelor de interaciune a undelor milimetrice de intensitate joas cu celulele vegetale sau ani-male [6,8].

n baza studiilor efectuate au i elucidate mecanismele de aciune a undelor mili-metrice de intensitate joas asupra organismelor fotosintetizante i formulate cteva principii de baz [7,14]. Totodat, elaborarea unei teorii fa de problema modelrii i