L’integrazione di auxina con limitazione di azoto ha migliorato il contenuto di acido oleico e MUFA nella biomassa di Eustigmatos calaminaris con potenziale per la produzione di biodiesel

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 594 (2023) Citare questo articolo

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A causa del loro potenziale di accumulo di lipidi, le microalghe sono ampiamente studiate in termini di utilizzo nella produzione di biodiesel. Il presente studio si è concentrato sulla determinazione dei cambiamenti nella produzione di biomassa, nella composizione biochimica, nell'accumulo e nella distribuzione degli acidi grassi nei lipidi neutri, nei glicolipidi, nei fosfolipidi e nelle proprietà del biodiesel della microalga del suolo Eustigmatos calaminaris in risposta a vari livelli di stress da azoto e indolo-3 -integrazione di acido acetico. Il più alto tasso di crescita, il più alto contenuto lipidico e la produttività giornaliera dei lipidi sono stati notati con una limitazione di azoto fino al 25% con l'integrazione di IAA. L’aumento di NL era associato allo stress nutrizionale. Un aumento del livello di GL e PL è stato registrato con la riduzione del contenuto di azoto (25% N) e l'aggiunta di IAA. L'analisi gascromatografica/spettrometria di massa ha dimostrato che C16:0, C16:1 e C18:1 erano i principali acidi grassi nei lipidi di E. calaminaris. Come dimostrato dall’analisi lipidomica, l’integrazione di IAA nelle varianti con limitazione di azoto ha aumentato il contenuto di TAG in C18:1 e acidi grassi monoinsaturi. I risultati attuali hanno indicato una potenziale strategia per migliorare il profilo degli acidi grassi nei lipidi neutri e un alto potenziale di E. calaminaris per le applicazioni nel biodiesel.

Data la capacità di sintetizzare e accumulare lipidi, e in particolare triacilgliceridi (TAG), la biomassa di alghe unicellulari è uno dei substrati promettenti per la produzione di biodiesel1. A causa delle diverse funzioni fisiologiche dei lipidi, il loro contenuto e composizione nelle cellule algali varia a seconda della specie e delle condizioni ambientali. Nella loro composizione si distinguono le seguenti classi di lipidi: lipidi neutri (NL) e lipidi polari, cioè glicolipidi (GL) e fosfolipidi (PL). La classe NL è rappresentata principalmente dai triacilgliceridi che fungono da materiale di riserva nelle cellule. I GL sono i componenti di base dei tilacoidi, mentre i PL sono componenti delle membrane cellulari e degli organelli2. La velocità di sintesi e accumulo dei lipidi neutri o dei lipidi polari strutturali cambia a seconda, ad esempio, delle condizioni di crescita. In condizioni ambientali favorevoli, le alghe sintetizzano i lipidi sotto forma di fosfolipidi nelle loro membrane cellulari3. I fattori di stress presenti nell'ambiente inducono cambiamenti nella crescita e nel metabolismo delle cellule algali. Come dimostrato dalla letteratura attuale, la carenza di azoto favorisce l'accumulo di lipidi1,4. A causa, tra l'altro, della formazione di specie reattive dell'ossigeno in eccesso in condizioni di stress, l'accumulo di lipidi è accompagnato dall'inibizione della divisione cellulare delle alghe4. Le auxine sono ormoni vegetali la cui funzione è legata alla disintossicazione delle specie reattive dell'ossigeno5. È stato segnalato che l'auxina dell'acido indolo-3-acetico aumenta la crescita e la regolazione del metabolismo nelle alghe verdi6,7,8. La letteratura attuale fornisce dati sull'impatto dell'acido indolo-3-acetico in condizioni di stress da azoto sulla crescita e sulla composizione cellulare delle microalghe9. Tuttavia, non esistono informazioni lipidomiche dettagliate sui cambiamenti indotti nel profilo degli acidi grassi (compresi gli acidi grassi nelle singole classi lipidiche con particolare attenzione ai lipidi neutri) in risposta alla limitazione di azoto e all’integrazione con acido indolo-3-acetico esogeno. È interessante notare che l’idoneità della materia prima per la produzione di biodiesel è influenzata non solo dalla quantità delle singole classi di lipidi ma anche dal profilo degli acidi grassi nei lipidi neutri. Le microalghe eustigmatoficee sono considerate un materiale promettente per applicazioni industriali grazie alla loro capacità di produrre acidi grassi10. Alcune specie appartenenti alla classe Eustigmatophyceae, ad esempio le Nannocloropsis marine spp., sono considerate specie oleaginose modello e vengono studiate approfonditamente. Al contrario, solo pochi studi si sono concentrati sui ceppi di Eustigmatos presenti nel suolo; inoltre, il potenziale biotecnologico di queste alghe non è stato ancora esplorato11. Finora, le alghe Eustigmatophyceae del genere Nannochronopsis, Trachydiscusminutus, Vischeri ed Eustigmatos magnus sono state analizzate solo in termini di capacità di sintetizzare composti lipidici4,11,12,13. L'ampio utilizzo di Nannocloropsis spp. in biotecnologia suggerisce che anche altre specie di Eustigmatophyceae possano essere caratterizzate da un grande potenziale biotecnologico. Eustigmatos calaminaris (Eustigmatophyceae) è un'alga coccoide unicellulare isolata da detriti di miniera di calamina, il cui profilo lipidomico non è stato ancora caratterizzato14,15.