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Nov 14, 2023

Novos insights sobre o cultivo em raceway de Euglena gracilis sob longo

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7123 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este estudo teve como objetivo investigar as respostas fisiológicas de Euglena gracilis (E. gracilis) quando submetida à privação semicontínua de N (N−) por um período prolongado em lagoas abertas. Os resultados indicaram que as taxas de crescimento de E. gracilis sob a condição de N- (11 ± 3,3 gm-2 d-1) foram superiores em 23% em relação ao N-suficiente (N+, 8,9 ± 2,8 gm-2 d-1 ) doença. Além disso, o teor de paramylon de E.gracilis foi superior a 40% (p/p) da biomassa seca na condição N- em comparação com a condição N+ (7%). Curiosamente, E. gracilis exibiu números de células semelhantes, independentemente das concentrações de nitrogênio após um determinado ponto de tempo. Além disso, demonstrou tamanho de célula relativamente menor ao longo do tempo e aparato fotossintético não afetado sob condição de N-. Esses achados sugerem que há um compromisso entre o crescimento celular e a fotossíntese em E. gracilis, uma vez que se adapta a condições semicontínuas de N- sem diminuir sua taxa de crescimento e produtividade de paramylon. Notavelmente, até onde o autor sabe, este é o único estudo relatando alta biomassa e acúmulo de produto por uma cepa de E. gracilis do tipo selvagem sob condições de N−. Esta capacidade de adaptação de longo prazo recentemente identificada de E. gracilis pode oferecer uma direção promissora para a indústria de algas alcançar alta produtividade sem depender de organismos geneticamente modificados.

Euglena gracilis é uma alga móvel unicelular de água doce pertencente à família dos protistas. Desde sua descoberta na década de 16601, tem recebido considerável atenção. E.gracilis é um organismo modelo importante para a compreensão dos mecanismos fotossintéticos e processos celulares eucarióticos, devido às suas propriedades únicas de organização de plastídios e cloroplastos2,3. Sob condições de luz aeróbica, E. gracilis realiza fotossíntese e armazena sua energia na forma de um polissacarídeo de armazenamento, o β-1-3-glucano não ramificado, conhecido como paramylon3,4. Em condições escuras anaeróbias, E. gracilis converte o paramylon em ésteres de cera. São lipídios de cadeia simples compostos por ácidos graxos saturados (C14:0 ácido mirístico, C16:0 ácido palmítico e C18:0 ácido esteárico) e álcoois (álcool miristílico)4. As aplicações de E. gracilis e seus bioprodutos (paramylon e ésteres de cera) são encontradas em vários campos, como fibras alimentares, tratamento diabético, melhoria da microbiota intestinal, suplementos alimentares e biocombustíveis5,6,7. Dada a sua ampla gama de aplicações, E. gracilis tem se estabelecido como uma promissora microalga industrial. Várias indústrias à base de algas a utilizam para produção em larga escala de alimentos, produtos de saúde e biocombustíveis3.

A indústria de algas enfrenta um desafio persistente de alcançar alta produtividade de biomassa e bioprodutos com baixos custos operacionais. Embora existam benefícios potenciais das algas em áreas como produção de biocombustíveis, tratamento de águas residuais, captura de carbono e mitigação das mudanças climáticas, sua produtividade continua sendo uma barreira de longa data para a indústria8,9,10. Embora a modulação das condições ambientais e dos nutrientes possa aumentar a formação de bioprodutos, muitas vezes resulta na diminuição da produtividade da biomassa7. No caso de E. gracilis, o paramylon é considerado um bioproduto valioso. Seu acúmulo foi observado em várias condições, como escassez de nutrientes, alta salinidade, estimulação elétrica, co-cultivo com bactérias e cultivo heterotrófico5,11,12,13,14,15,16. Os pesquisadores também tentaram a modificação genética para melhorar a produtividade e o conteúdo de paramylon em E. gracilis17,18. Apesar de tais esforços para aumentar a produção de biomassa e bioprodutos, sempre há um alto preço a pagar em termos de tecnologia ou impacto ambiental.

A privação ou limitação de nitrogênio (N−) é um tratamento seguro e econômico para induzir o acúmulo de bioprodutos em E. gracilis19. O tratamento desencadeia alterações metabólicas que aumentam a recirculação do carbono (fixado fotossinteticamente) das proteínas para componentes de armazenamento como lipídios ou amido, resultando em um mecanismo de armazenamento de energia20,21,22. No entanto, a produtividade da biomassa é tipicamente reduzida sob condições de N- em comparação com as condições de controle22,23,24. Vários estudos de tratamento de nitrogênio, como adição intermediária, privação de nitrogênio em dois estágios, semicontínua e sequencial, foram conduzidos para melhorar a produtividade de biomassa e lipídios25,26,27,28,29. No entanto, este tema carece de maior aprofundamento. Um estudo recente sobre chlorella usando uma privação de nitrogênio em dois estágios em culturas em batelada provou ser uma maneira eficiente de manter alta biomassa rica em lipídios29. Apenas alguns estudos foram conduzidos em E. gracilis, que revelaram que a produtividade da biomassa do organismo diminui sob condições de N-limitado29,30,31,32. Apenas alguns estudos sobre linhagens geneticamente modificadas conseguiram alcançar alta biomassa e acúmulo de bioprodutos sob condições de limitação de N17,33. No entanto, mais pesquisas são necessárias para melhorar a eficiência da estratégia de tratamento com nitrogênio para atingir alta produtividade de biomassa e bioprodutos simultaneamente.