Volatile compounds and associated genes in Cyanobacteria
Creators: name: Diaz Alvarez, Javier (Jose Antonio Diaz Garcia-Tunon)
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Κυανοβακτήρια
Πτητικές ενώσεις
Εμπορικές καλλιέργειες Σπιρουλίνα
Cyanobacteria
Volatile Compounds
Cultures of Arthrospira used in Industry

description: Besides toxins, during the growth and decay of cyanobacteria blooms, a wide spectrum of volatile organic compounds (VOCs) and degradation-breakdown products are released deteriorating water bodies quality through unpleasant odour. Arthrospira spp. (commercially named and famous as the dietary supplement Spirulina), cultivated for food because of its high nutritional value, has a stench-fishy smell which does not make it pleasant for consumption. However, there are almost no reports of the responsible VOCs on these species and limited reports about cyanobacteria VOCs compared to toxins. A workflow combining targeted and non-targeted analysis based on HS-SPME and complemented by GC-MS/MS was used for extraction, detection, identification and characterization of compounds of 45 different cyanobacteria strains representing 13 genera (Anabaena, Arthrospira, Chroococcus, Cylindrospermopsis, Dolichospermum, Hapalosiphon, Jaaginema, Limnothrix, Microcystis, Pseudanabaena, Radiocystis, Sphaerospermopsis, and Synechococcus,) isolated from Greek freshwaters. A total of 18 VOCs were detected, all them detected for the first time in some species and/or genera. Among them, four new compounds (2,4-decadienal, TMA, camphor, hydroxy-β-cyclocitral) have been identified for first time in cyanobacteria generally. Referring to Arthrospira sp. VOCs, two possible sources of its bad smell were suggested, but biosynthetic pathways of these VOCs are still unknown. The occurrence of the most frequent and well-studied cyanobacteria odour compounds i.e. geosmin and 2- methylisoborneol was minor. A site-targeted mutagenesis method based on homologous recombination and using chloramphenicol resistance as a selective marker, was performed to successfully silence a gene implicated in the biosynthesis of a well known cyanobacterial VOC (geosmin). The mutagenisation was performed in a phylogenetically close to Arthrospira strain, namely Oscillatoria sp. PCC 6506. Those findings will help to understand the role of cyanobacterial VOCs and will be important for monitoring and management of hazardous taste and odour episodes in source, drinking waters and food, helping to find signs of cyanobacterial blooms in a very early stage
description: Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της κατάρρευσης των ανθίσεων κυανοβακτηρίων, εκτός από τις κυανοτοξίνες, μπορεί να επελευθερωθεί ένα μεγάλο εύρος πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) και προϊόντων αποικοδόμησης υποβαθμίζοντας την ποιότητα των υδάτων μέσω της δυσάρεστης οσμής που προκαλούν. Τα κυανοβακτήρια Arthrospira spp. (με το εμπορικό όνομα Spirulina, ευρέως διαδομένα ως συμπληρώματα διατροφής) καλλιεργούνται ως τροφή εξαιτίας της υψηλής διατροφικής τους αξίας, έχουν μία χαρακτηριστική μυρωδιά ιχθύος που τα καθιστά δυσάρεστα στην κατανάλωση. Ωστόσο, δεν είναι γνωστά παρά ελάχιστα δεδομένα σχετικά με τις VOCs σε αυτά τα είδη και γενικά η πληροφορία για τις VOCs στα κυανοβακτήρια είναι πολύ λίγη συγκριτικά με αυτή που υπάρχει για τις κυανοτοξίνες. Σε αυτή την εργασία πραγματοποιηθήκε ένας συνδυασμός στοχευμένης και μη-στοχευμένης ανάλυσης με τη χρήση HS-SPME και GC-MS/MS για την εκχύλιση, αναγνώριση και ταυτοποίηση ενώσεων σε 45 στελέχη που ανήκουν σε 13 γένη κυανοβακτηρίων (Anabaena, Arthrospira, Chroococcus, Cylindrospermopsis, Dolichospermum, Hapalosiphon, Jaaginema, Limnothrix, Microcystis, Pseudanabaena, Radiocystis, Sphaerospermopsis και Synechococcus) που έχουν απομονωθεί από ελληνικά εσωτερικά ύδατα. Αναγνωρίστηκαν 18 VOCs, το σύνολο των οποίων βρέθηκε για πρώτη φορά σε ορισμένα είδη ή και γένη. Μεταξύ αυτών, τέσσερις ενώσεις (2,4-δεκαδιενάλη, τριμέθυλαμίνη, καμφορά, υδροξυ-β-κυκλοσιτράλη) αναφέρονται πρώτη φορά στα κυανοβακτήρια γενικώς. Σε σχέση με τα στελέχη Arthrospira, προτείνονται δύο πιθανές πηγές τις δυσάρεστής τους οσμής, χωρίς ωστόσο να είναι γνωστά τα αντίστοιχα βιοσυνθετικά μονοπάτια. Η παρουσία των δύο πιο γνωστών και καλά μελετημένων ενώσεων που σχετίζονται με οσμή στα κυανοβακτήρια, της γεοσμίνης και της 2-μεθυλ-ισοβορνεόλης, ήταν περιοσμένη στα στελέχη της παρούσας εργασίας. Επιπλέον, εφαρμόστηκε με επιτυχία ένα πρωτόκολλο μεταλλαξιγένεσης που βασίζεται στον ομόλογο ανασυνδυασμό χρησιμοποιώντας τη χλωραμφαινικόλη ως μέσο επιλογής, προκειμένου να γίνει σίγαση ενός γονιδίου που σχετίζεται με τη βιοσύνθεση της γεωσμίνης, μιας από τις πιο γνωστές πτητικές ενώσεις στα κυανοβακτήρια. Η μεταλλαξιγένεση πραγματοποιήθηκε σε ένα φυλογενετικώς συγγενικό είδος με το Arthrospira και συγκεκριμένα στο στέλεχος Oscillatoria sp. PCC 6506. Τα ευρήματα της παρούσας εργασίας αναμένεεται να βοηθήσουν στην κατανόηση του ρόλου των VOCs στα κυανοβακτήρια και να συμβάλλουν στην παρακολούθηση και τη διαχείριση των φαινομένων “γεύσης και οσμής” στο πόσιμο νερό και στο φαγητό, καθώς και στην αναγνώριση των φαινομένων άνθισης του νερού στα αρχικά στάδια