Μελέτη των μοριακών και βιοχημικών μηχανισμών προσαρμογής των μικροφυκών σε αβιοτικές καταπονήσεις
Authors: Κωλέττη Αικατερίνη 
Published: April 2024

Τα μικροφύκη συναντώνται σε όλα τα υδάτινα περιβάλλοντα του πλανήτη και συχνά αντιμετωπίζουν συνθήκες οξειδωτικής καταπόνησης στα φυσικά ενδιαιτήματα τους. Για το λόγο αυτό έχουν αναπτύξει κατάλληλους μηχανισμούς προσαρμογής στις οξειδωτικές συνθήκες, οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις είναι μοναδικοί για κάθε είδος. Η μελέτη και κατανόηση τους μπορεί να προσφέρει πολύτιμες γνώσεις για την αξιοποίηση τους στο μεταβολικό χειρισμό των μικροφυκών. Στην παρούσα διατριβή, αξιοποιήθηκαν -ομικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των RNAseq, GC-MS και GC-FID, προκειμένου να διερευνηθούν οι μηχανισμοί προσαρμογής τριών ειδών μικροφυκών, των Tetraselmis chuii, Chlorella variabilis και Chlamydomonas reinhardtii. Η έκθεση του T. chuii σε 0.5-mM H2O2 οδήγησε σε μειωμένη βιωσιμότητα των κυττάρων, ενώ η εφαρμογή υψηλότερων συγκεντρώσεων προκάλεσε δραστική μείωση. Επίσης, μετά από 1 ώρα έκθεσης η φωτοσυνθετική ικανότητα (Qy) επηρεάστηκε αρνητικά και η μείωση εντάθηκε μετά από 6 ώρες συνεχούς καταπόνησης. Ωστόσο, το T. chuii εμφάνισε ταχεία απόκριση στην επαγόμενη από H2O2 οξειδωτική καταπόνηση, οδηγώντας σε σημαντικές τροποποιήσεις στο μεταγραφομικό και μεταβολομικό προφίλ του εντός της πρώτης ώρας. Η ροή άνθρακα και ενέργειας ήταν μεταξύ των κυτταρικών λειτουργιών που επηρεάστηκαν δυσμενώς, με το γονίδιο psbQ που σχετίζεται με τη φωτοσύνθεση να μειώνει την έκφραση του κατά 2.4 φορές, την πυροσταφυλική κινάση να μειώνεται 1.5 φορά και την περιεκτικότητα σε ουρία να μειώνεται 3 φορές. Η παρατεταμένη έκθεση σε H2O2 είχε υψηλό ενεργειακό κόστος, παρεμποδίζοντας τις προσπάθειες για την ενίσχυση του μεταβολισμού του άνθρακα, όπως υποδεικνύεται από την αύξηση της έκφρασης των PetC και PetJ που σχετίζονται με τα φωτοσυστήματα κατά περισσότερο από 2 φορές. Σύμφωνα με αυτά τα αποτελέσματα, ενώ το T. chuii ανταποκρίνεται γρήγορα στην οξειδωτική καταπόνηση, η παρατεταμένη έκθεση μπορεί να έχει επιζήμια αποτελέσματα στις κυτταρικές του λειτουργίες. Παρόμοια εικόνα εμφάνισε και το μικροφύκος C. variabilis, για το οποίο ωστόσο χρειάστηκε εφαρμογή 2-mM H2O2 για την επαγωγή της καταπόνησης. Έκθεση του συγκεκριμένου μικροφύκους στην καταπόνηση για 1 ώρα οδήγησε σε μειωμένη βιωσιμότητα των κυττάρων και πτώση της φωτοσυνθετικής ικανότητας. Τα μεταγραφομικά και μεταβολομικά προφίλ επηρεάστηκαν επίσης, σε μια προσπάθεια διατήρησης της κυτταρικής ομοιόστασης. Η παρατεταμένη έκθεση των καλλιεργειών σε Η2Ο2 για 6 ώρες είχε σημαντικά αρνητική επίδραση στα κύτταρα του C. variabilis. Το μικροφύκος-μοντέλο C. reinhardtii χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση μιας ανάλυσης σε βάθος του ρόλου του CrSBD1, ενός ομόλογου γονιδίου της SBP, στην απόκριση στην οξειδωτική καταπόνηση. Οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το σελήνιο (SBPs) αντιπροσωπεύουν μια ευρέως διαδεδομένη οικογένεια πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε διάφορες αποκρίσεις σε περιβαλλοντικές καταπονήσεις, αν και ο ακριβής μοριακός και φυσιολογικός ρόλος τους παραμένει αδιευκρίνιστος. Η ανάλυση ανάπτυξης του μεταλλαγμένου στελέχους C. reinhardtii sbd1 αποκάλυψε ότι η απουσία λειτουργικού CrSBD1 είχε ως αποτέλεσμα αυξημένη βιωσιμότητα υπό ήπιες συνθήκες οξειδωτικής καταπόνησης, η οποία μειώθηκε ταχύτατα σε υψηλότερες συγκεντρώσεις H2O2. Επιπλέον, το μετάλλαγμα sbd1 εμφάνισε σημαντικά μειωμένες μοριακές και βιοχημικές τροποποιήσεις ως αποκρίσεις στην οξειδωτική καταπόνηση, σε σύγκριση με το στέλεχος φυσικού τύπου. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι το CrSBD1 παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση των πρώιμων αποκρίσεων του C. reinhardtii στην οξειδωτική καταπόνηση. Συνολικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά τις αποκρίσεις στην οξειδωτική καταπόνηση τριών διαφορετικών ειδών μικροφυκών σε μια προσπάθεια να προσεγγίσει την ποικιλότητα τους. Από τα αποτελέσματα υπογραμμίζεται η δυνατότητα αξιοποίησης της οξειδωτικής καταπόνησης για το μεταβολικό χειρισμό των μικροφυκών προς την αύξηση της έκφρασης συγκεκριμένων μονοπατιών και την παραγωγή συγκεκριμένων μεταβολιτών.