Induction of UV Protective Metabolite in Antarctic Chlorella sp. ASYA34 and Scenedesmus sp. ASYA49

Abstract

İçinde bulunduğumuz yüzyılın üç temel sorunu olarak ortaya çıkan doğal kaynakların azalması, iklim değişikliği ve nüfus artışına ilişkin endişeler mikroalglere odaklanılmasına katkıda bulunmaktadır. Sanayileşme ile kullanılan kloroflorokarbon ürünleri gibi kimyasalların artması ozon tabakasının incelmesine neden olmakta, bu da insanların UV radyasyonuna maruz kalmasını artırmaktadır. Endüstride, yoğun UV radyasyonundan korunmak için sağlık ve kozmetik alanlarında çeşitli ürünler geliştirilmiştir. Sentetik olarak üretilen UV koruyucuların yanı sıra, doğal kaynaklardan elde edilen çevre dostu UV koruyucu malzemelere olan talep artmıştır. Doğal UV koruyucu bileşiklerden biri de mikroalgler tarafından üretilen mikosporin benzeri amino asitlerdir (MAA). Mikroalgler güçlü, çok çeşitli ve yaygın olarak dağılmış mikroorganizmalardır. Işık, sıcaklık, pH ve tuz gibi abiyotik streslere uyum sağlamak için çeşitli ikincil metabolitler üretirler. Bu tezin amacı, tuz, sıcaklık, yüksek PAR, UV-A/B radyasyon stres faktörlerini uygulayarak Antarktika'dan izole edilen Chlorella sp. ASYA34' te MAA üretimini indüklemek için hangi stres grubunun en uygun olabileceğini göstermektir. Kutup mikroalgleri yoğun UV maruziyeti ile birlikte birçok stres koşuluna maruz kaldığından, Antarktika'dan izole edilen Chlorella sp. ASYA34 ve Scenedesmus sp. ASYA49 bu çalışma için potansiyel türler olarak değerlendirilmiştir. İlk olarak, Antarktika'daki Horseshoe Adası'ndan izole edilen mikroalgler tanımlanmış ve toplam sakkarit, protein ve yağ asidi profilleri belirlenmiştir. Ardından, dokuz farklı stres koşulu uygulandıktan sonra, MAA üretimini en üst düzeye çıkaran parametreler belirlenmiştir. Son olarak, MAA uygun stres koşulları altında ekstrakte edilmiş ve ardından HPLC ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, Scenedesmus sp. ASYA49' un toplam sakkarit, protein ve yağ asidi içeriği bakımından Chlorella sp. ASYA34' ten daha zengin olduğunu göstermiştir. MAA üretim potansiyelleri farklı stres koşulları altında değerlendirildiğinde, yalnızca UV-B ve düşük sıcaklık stresleri MAA üretiminin indüksiyonu üzerinde önemli bir etki göstermiştir. Daha sonra HPLC ile yapılan karakterizasyon, Chlorella sp. ASYA34 ve Scenedesmus sp. ASYA49' da sentezlenen 320 nm' deki varsayılan MAA' nın muhtemelen palitin olduğunu ve kromatogramda başka bir MAA bulunmadığını göstermiştir, bu da bu türlerin doğal MAA kaynakları olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Scenedesmus türlerinde MAA üretimi literatürde bulunmadığından, bu çalışma ile yeni bir kaynak olarak değerlendirilebilir ve kozmetik ve ilaç endüstrisi için bir hammadde olarak değerlendirilebilir.

Concerns about the decline of natural resources, climate change and population growth, which have emerged as the three main problems of the current century, contribute to the focus on microalgae. The increase in chemicals such as chlorofluorocarbon products used with industrialization is causing ozone depletion, which increases human exposure to UV radiation. In industry, various products have been developed in the fields of health and cosmetics to protect against intense UV radiation. In addition to synthetically produced UV protectants, the demand for environmentally friendly UV protective materials derived from natural sources has increased. One of the natural UV protective compounds is mycosporine-like amino acids (MAA) produced by microalgae. Microalgae are powerful, highly diverse, and widely distributed microorganisms. They produce various secondary metabolites to adapt to abiotic stresses such as light, temperature, pH and salt. The aim of this thesis was to show which stress group may be the most suitable to induce MAA production in Chlorella sp. ASYA 34 isolated from Antarctica by applying salt, temperature, high PAR, UV-A/B radiation stress factors. Since polar microalgae are exposed to many stress conditions along with intense UV exposure, Chlorella sp. ASYA34 and Scenedesmus sp. ASYA49 isolated from Antarctica were considered as potential species for this study. First, the microalgae isolated from Horseshoe Island in Antarctica were identified and their total saccharide, protein, and fatty acid profiles were determined. Then, after applying nine different stress conditions, the parameters that maximized the MAA production were determined. Finally, MAA was extracted under appropriate stress conditions and then, characterization was performed by HPLC. The results showed that Scenedesmus sp. ASYA49 was richer in total saccharide, protein, and fatty acid content than Chlorella sp. ASYA34. When MAA production potentials were evaluated under different stress conditions, only UV-B and low temperature stresses showed a significant effect on induction of MAA production. Subsequent characterization by HPLC showed that the putative MAA at 320 nm synthesized in Chlorella sp. ASYA34 and Scenedesmus sp. ASYA49 was likely to be Palythine and no other MAA was found in the chromatogram, indicating that these species can be used as natural MAA sources. Since MAA production in Scenedesmus species is not found in the literature, it can be considered as a new source with this study and evaluated as a raw material for cosmetic and pharmaceutical industries.