Χαρακτηρισμός μικροφυκών από ποικίλα ενδιαιτήματα και διερεύνηση της μεταβολικής ποικιλότητας τους
Authors: Λόρτου Ουρανία 
Published: March 2024

Το φυτοπλαγκτό αποτελείται από φωτοσυνθετικούς προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς μικροοργανισμούς που υπόκεινται σε παθητική μετακίνηση μέσα στο νερό και θεωρούνται από τους πιο σημαντικούς πρωτογενείς παραγωγούς των υδάτινων οικοσυστημάτων. Είναι υπεύθυνο για την παραγωγή τουλάχιστον της μισής ποσότητας οξυγόνου που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα ενώ συνδράμει ουσιαστικά στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα, απομακρύνοντας τεράστιες ποσότητες CO2 μέσω της διαδικασίας της καθήλωσής του. Επιπλέον, οι αποθέσεις της νεκρής οργανικής βιομάζας φυτοπλαγκτού, για εκατομμύρια χρόνια στους πυθμένες ωκεανών και εσωτερικών υδάτων, είναι υπεύθυνες για τα περισσότερα αποθέματα ορυκτών καυσίμων που βρίσκονται σήμερα στη Γη. Το φυτοπλαγκτό αποτελεί τη βάση της τροφικής αλυσίδας στις κοινότητες των υδάτινων οικοσυστημάτων, με αποτέλεσμα κάθε μεταβολή που συμβαίνει στις βιοκοινωνίες του να επηρεάζει την ισορροπία ολόκληρου του υδάτινου οικοσυστήματος.Είδη φυκών χρησιμοποιούνται στη διατροφή, στην ερεύνα ως οργανισμοί μοντέλα, σε βιομηχανικά προϊόντα, σε φαρμακευτικά σκευάσματα και αλλού. Το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στις δυνατότητες που έχουν είδη του φυτοπλαγκτού για παραγωγή πολύτιμων προϊόντων μέσω του μεταβολισμού τους, όπως ενώσεις με αντιβιοτική, αντικαρκινική και άλλες δράσεις, λιπίδια ή υδρογονάνθρακες για παραγωγή «πράσινων» καυσίμων, πρωτεΐνες και λιπίδια για παραγωγή ζωοτροφών ή ακόμη και για ανθρώπινη κατανάλωση και απομόνωση διάφορων χρωστικών που χρησιμοποιούν κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, είναι μόνο μερικά συστατικά που έχουν μεγάλο ενδιαφέρον για τον άνθρωπο και παράγονται από φυτοπλαγκτικούς οργανισμούς. Εκτός των πολλών θετικών ιδιοτήτων που έχουν αυτοί οι οργανισμοί, κάτω από ορισμένες περιβαλλοντικές συνθήκες αναπτύσσονται τάχιστα, σχηματίζοντας υψηλής πυκνότητας πληθυσμούς με δυσάρεστα αποτελέσματα και μερικοί εξ αυτών παράγουν επικίνδυνες τοξίνες που μπορούν να προσβάλουν ιχθύες, πτηνά και τον άνθρωπο. Τα παραπάνω αναδεικνύουν την ανάγκη μελέτης αυτών των οργανισμών και των ιδιοτήτων τους. Η παρούσα διδακτορική διατριβή σχεδιάστηκε έτσι ώστε να μελετηθεί η ποικιλότητα στελεχών χλωροφυκών (από τις μεγαλύτερες ομάδες φωτοσυνθετικών ευκαρυωτικών φυκών) που απομονώθηκαν από ποικίλα οικοσυστήματα της Ελλάδας με τη χρήση μοριακών και μορφολογικών χαρακτήρων. Ο χαρακτηρισμός της ποικιλότητας προσεγγίστηκε τόσο ταξινομικά όσο και μεταβολικά. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού χρησιμοποιήθηκαν μοριακοί δείκτες (γονίδιο 18S rRNA, περιοχή ITS, γονίδιο rbcL) που χρησιμοποιούνται στη φυλογένεση τέτοιων οργανισμών, μορφολογικές περιγραφές και στοιχεία της υποκυτταρικής δομής τους. Αποτέλεσμα ήταν ο χαρακτηρισμός 24 στελεχών και η ανάδειξη νέας ποικιλότητας χλωροφυκών που φιλοξενούνται σε υδάτινα οικοσυστήματα της Ελλάδας. Περιγράφηκαν τέσσερα γένη και πέντε είδη νέα για την επιστήμη, που ανήκουν στις Κλάσεις Chlorophyceae και Trebouxiophyceae.Στο δεύτερο μέρος της διατριβής μελετήθηκε η παραγωγή πολύτιμων κυτταρικών προϊόντων, αποτέλεσμα του μεταβολισμού συνολικά 30 στελεχών φωτοσυνθετικών μικροευκαρυωτών που ανήκουν στα φύλα Χλωρόφυτα, Ετεροκοντόφυτα, Κερκόζωα και Βακιλλαριόφυτα. Συγκεκριμένα, μετρήθηκε με τη χρήση αναλυτικών μεθόδων το ποσοστό του κυτταρικού τους περιεχομένου σε λιπίδια, υδατάνθρακες και πρωτεΐνες, καθώς και η ποσότητα χλωροφύλλης a (Chl α), χλωροφύλλης b (Chl b) και ολικών καροτενοειδών (Car) μέσω της εκχύλισης τους με απόλυτη μεθανόλη. Προέκυψαν ενθαρρυντικά αποτελέσματα, με κάποια στελέχη να περιέχουν σε ποσοστό περισσότερο από το 75% του συνολικού κυτταρικού τους περιεχομένου, τις τρεις βιοδραστικές ενώσεις. Επίσης, η Chl α αναδείχθηκε ως η κυρίαρχη χρωστική στην πλειονότητα των εκχυλισμάτων, ενώ τέσσερα στελέχη, δύο εκ των οποίων θαλάσσια, βρέθηκε να περιέχουν χρωστικές αθροιστικά πάνω από 20 μg/mL.Επιπλέον, μελετήθηκε η δυνατότητα παραγωγής βιοδραστικών ενώσεων από τα μελετώμενα στελέχη, έναντι παθογόνων βακτηριακών ειδών. Στις αντιβακτηριακές δοκιμές χρησιμοποιηθήκαν εκχυλίσματα που προέκυψαν από την εκχύλιση του κυτταρικού περιεχομένου ευκαρυωτικών φωτοσυνθετικών μικροοργανισμών σε έξι διαφορετικούς διαλύτες, με θετικά αποτελέσματα, αφού έξι στελέχη ανέστειλαν την ανάπτυξη τριών βακτηρίων με εκχυλίσματα διαφορετικών διαλυτών. Ο στόχος αυτής της ενότητας ήταν να πραγματοποιηθεί ένας πρώτος έλεγχος όλων των μελετώμενων ευκαρυωτικών στελεχών, αναφορικά με τη μεταβολική ποικιλότητας τους και τη δυνατότητα παραγωγής προϊόντων μεταβολισμού υψηλής προστιθέμενης αξίας, στις προκαθορισμένες συνθήκες καλλιέργειας. Είναι γνωστό από τη βιβλιογραφία ότι στρεσογόνες συνθήκες κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των μικροοργανισμών επάγουν την παραγωγή πολύτιμων ενώσεων. Συνεπώς, με αυτή τη μελέτη έγινε το πρώτο βήμα για να μελετηθούν αργότερα, πιο στοχευμένα, στελέχη που έδειξαν ότι έχουν την ικανότητα παραγωγής μεταβολικών προϊόντων με μεγάλη χρησιμότητα. Νέα είδη που χαρακτηρίστηκαν στο πλαίσιο αυτής της διατριβής φαίνεται να είναι σε θέση να παράγουν βιοδραστικές ενώσεις και πολύτιμα μεταβολικά προϊόντα.