ABSTRACT
Nitrogen concentration is an essential parameter in cyanobacterial cultures to produce enriched biomass with biotechnological purposes. Growth and biochemical composition of Nostoc LAUN0015, Nostoc UAM206, Anabaena sp.1 and Anabaena sp.2 were compared at 0, 4.25, 8.5 and 17 mM NaNO3. Cultures under laboratory conditions were maintained for 30 days at a volume of 500 mL. Anabaena sp.1 yielded the highest value of dry mass of 0.26 ± 2.49 mg mL-1 at 8.5 mM NaNO3. For chlorophyll, phycocyanin and phycoerythrin, maximum values were achieved at 17 mM NaNO3 with 18.09 ± 1.74, 102.90 ± 6.73 and 53.47 ± 2.40 μg mL-1, respectively. Nostoc LAUN0015 produced its maximum value of protein 644.86 ± 19.77 μg mL-1, and 890 mg mL-1 of carbohydrates in the absence of nitrogen. This comparative study shows that the most efficient strain for the production of protein, carbohydrates and lipids in diazotrophic conditions corresponded to Nostoc LAUN0015. However, Anabaena sp.1 and Anabaena sp.2 required high nitrogen concentrations to achieve higher values of metabolites, comparing with Nostoc strains. Nitrogen dependence for the production of pigments and high protein production in strains of Anabaena and in diazotrophic conditions for Nostoc was demonstrated. Nostoc can be cultured under nitrogen deficiency and Anabaena in sufficiency, for biomass production enriched with proteins and carbohydrates.
La concentración de nitrógeno constituye un parámetro esencial en cultivos de cianobacterias para la producción de biomasa enriquecida con fines biotecnológicos. Se comparó el crecimiento y composición bioquímica de las cepas Nostoc LAUN0015, Nostoc UAM206, Anabaena sp.1 y Anabaena sp.2 a 0, 4,25; 8,5 y 17 mM NaNO3. Los cultivos en condiciones de laboratorio fueron mantenidos durante 30 días a un volumen de 500 mL. En masa seca, Anabaena sp.1 obtuvo el mayor valor, con 2,49 ± 0,26 mg mL-1 a 8,5 mM NaNO3. Para clorofila, ficocianina y ficoeritrina, los máximos se alcanzaron a 17 mM NaNO3 en Anabaena sp.1, con 18,09 ± 1,74; 102,90 ± 6,73 y 53,47 ± 2,40 μg mL-1, respectivamente. Nostoc LAUN0015 produjo su máximo valor de proteínas de 644,86 ±19,77μg mL-1, y alrededor de 890 μg mL-1 de carbohidratos en ausencia de nitrógeno. El estudio comparativo indica que la cepa más eficiente para la producción de proteínas, carbohidratos y lípidos, en condiciones diazotróficas, correspondió a Nostoc LAUN0015. En cambio, las cepas de Anabaena sp.1 y sp.2 requieren de elevadas concentraciones de nitrógeno para alcanzar los mayores valores de metabolitos, respecto a las cepas de Nostoc. Se demuestra la dependencia de nitrógeno para la producción de los pigmentos y la alta producción proteica en las cepas de Anabaena y en condiciones diazotróficas para Nostoc. Esta última puede ser cultivada bajo una deficiencia de nitrógeno y Anabaena con suficiencia para la producción masiva de biomasa enriquecida con proteínas y carbohidratos.
ABSTRACT
Growth and metabolite production of the marine cyanobacterium Synechococcus sp. (Chroococcales) in function to irradiance. Changes in salinity, temperature and irradiance during wet and dry seasons have induced metabolic versatility in cyanobacteria from saline environments. Cyanobacteria from these environments have biotechnological potential for the production of metabolites with pharmaceutical and industrial interest. We studied the growth, dry mass and metabolite production of the cyanobacterium Synechococcus sp. MOF-03 in function of irradiance (78, 156 and 234 µmol q m-2 s-1). All batch cultures were maintained by triplicate in constant aeration, 12:12 h photoperiod, 30 ±2ºC and 35. Maximum values of protein, carbohydrates and lipids, of 530.19 ±11.16, 408.94 ±4.27 and 56.20 ±1.17 µg ml-1, respectively, were achieved at 78 µmol q m-2 s-1. Pigments, analyzed by HPLC, showed maximum values at 78 µmol q m-2 s-1 for chlorophyll a with 7.72 ±0.16 µg ml-1, and at 234 µmol q m-2 s-1 for ß-carotene and zeaxanthin with 0.70 ±0.01 and 0.67 ±0.05 µg ml-1. Chlorophyll a:ß-carotene ratio decreased from 17.15 to 6.91 at 78 and 234 µmol q m-2 s-1; whereas ß-carotene:zeaxanthin ratio showed no changes between 78 and 156 µmol q m-2 s-1, around 1.21, and decreased at 234 µmol q m-2 s-1, to 1.04. Also, this cyanobacterium produced the greatest cell density and dry mass at 156 µmol q m-2 s-1, with 406.13 ±21.74 x106 cell ml-1 and 1.49 ±0.11 mg ml-1, respectively. Exopolysaccharide production was stable between 156 y 234 µmol q m-2 s-1, around 110 µg ml-1. This Synechococcus strain shows a great potential for the production of enriched biomass with high commercial value metabolites. Rev. Biol. Trop. 56 (2): 421-429. Epub 2008 June 30.
Las cianobacterias de ambientes salinos presentan una versatilidad metabólica inducida por los cambios de salinidad, temperatura e irradiancia, durante los períodos de sequía y lluvias. Por ello es importante la búsqueda en estos ambientes de cianobacterias con potencial biotecnológico para la producción de metabolitos de interés farmacéutico e industrial. Se reporta el crecimiento, masa seca y producción de metabolitos de la cianobacteria Synechococcus sp. MOF-03 en función de la irradiancia (78, 156 y 234 µmol q m-2 s-1). Los cultivos discontinuos por triplicado, fueron mantenidos con aireación constante, fotoperiodo 12:12 h, 30 ±2ºC y a 35. Los máximos valores de proteínas, carbohidratos y lípidos de 530.19 ±11.16, 408.94 ±4.27 y 56.20 ±1.17 µg ml-1 respectivamente, fueron obtenidos a 78 µmol q m-2 s-1. Los pigmentos, analizados por HPLC, mostraron los máximos a 78 µmol q m-2 s-1 para clorofila a con 7.72 ±0.16 µg ml-1; y a 234 µmol q m-2 s-1 para ß-caroteno y zeaxantina con 0.70 ±0.01 and 0.67 ±0.05 µg ml-1. La relación clorofila a:ß-caroteno disminuyó de 17.15 hasta 6.91 a 78 y 234 µmol q m-2 s-1; mientras que la relación ß-caroteno:zeaxantina se mantuvo sin cambios entre 78 y 156 µmol q m-2 s-1, con cerca de 1.21 y disminuyó a 234 µmol q m-2 s-1 a 1.04. La cianobacteria produjo la mayor densidad celular y masa seca a 156 µmol q m-2 s-1, con 406.13 ±21.74 x106 cel ml-1 y 1.49 ±0.11 mg ml-1 respectivamente. La producción de exopolisacáridos se mantuvo alrededor de 110 µg ml-1 entre 156 y 234 µmol q m-2 s-1. Así, esta cepa de Synechococcus muestra un gran potencial para la producción de biomasa enriquecida con metabolitos de alto valor comercial.