微細藻類Chlorella sorokinianaの細胞壁の構造と抗酸化力、金属結合能に及ぼす電離放射線の影響を調べた

The effects of ionizing radiation on the structure and antioxidative and metal-binding capacity of the cell wall of microalga Chlorella sorokiniana.

• Snežana Vojvodić
• Jelena Danilović Luković
• Bernd Zechmann
• Mima Jevtović
• Jelena Bogdanović Pristov
• Marina Stanić
• Alessandro Marco Lizzul
• Jon K Pittman
• Ivan Spasojević

抄録

微細藻類などの微生物に対する電離放射線の影響は、環境放射線に対する水生生態系の動態を理解し、鉱山や原子力発電所の廃水のバイオレメディエーションのための効率的なアプローチを開発するために、ますます重要性を増しているテーマである。現在のところ、化学的・物理的な環境ストレスに対する最初の防御ラインである微生物の細胞壁に対する電離放射線の影響については何も知られていない。我々は、様々な顕微鏡、分光法及び生化学的手法を用いて、単細胞藻類クロレラソロキニアナが電離放射線に対して迅速な反応を示すことを示した。1-5Gy照射後1日以内に、細胞壁のフィブリラール層が厚くなり、ウロン酸の割合が高くなり、水の放射線分解の主な反応生成物を除去する能力が増加した。また、単離された細胞壁画分は、Cu, Mn, Crに対して有意な結合能を示した。照射によりCuの結合能はさらに増加したが、Cuは主に細胞壁の外層にあるキトサン様ポリマー内のグルコサミンに結合しているようであった。これらの結果は、細胞壁が電離放射線に対する微細藻類の保護反応に関与する動的な構造を表していることを示唆している。微細藻類は、細胞壁マトリックスによる生物吸収を介して、水生生態系における金属の移動性を大幅に制御している可能性があると考えられる。

The impact of ionizing radiation on microorganisms such as microalgae is a topic of increasing importance for understanding the dynamics of aquatic ecosystems in response to environmental radiation, and for the development of efficient approaches for bioremediation of mining and nuclear power plants wastewaters. Currently, nothing is known about the effects of ionizing radiation on the microalgal cell wall, which represents the first line of defence against chemical and physical environmental stresses. Using various microscopy, spectroscopy and biochemical techniques we show that the unicellular alga Chlorella sorokiniana elicits a fast response to ionizing radiation. Within one day after irradiation with doses of 1-5 Gy, the fibrilar layer of the cell wall became thicker, the fraction of uronic acids was higher, and the capacity to remove the main reactive product of water radiolysis increased. In addition, the isolated cell wall fraction showed significant binding capacity for Cu, Mn, and Cr. The irradiation further increased the binding capacity for Cu, which appears to be mainly bound to glucosamine moieties within a chitosan-like polymer in the outer rigid layer of the wall. These results imply that the cell wall represents a dynamic structure that is involved in the protective response of microalgae to ionizing radiation. It appears that microalgae may exhibit a significant control of metal mobility in aquatic ecosystems via biosorption by the cell wall matrix.

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