Környezeti feltételektől függő hatás

Mikroalgák antimikrobiális hatású másodlagos anyagcseretermékeinek hasznosítása alapvetően kétféle módon történhet: (1) a hatásos molekulák kivonása és meghatározása, kémiai szintézise és annak alkalmazása; (2) a hatásos algatörzs tömegtermesztése és a hatóanyago(ka)t tartalmazó biomasszának vagy kivonatának felhasználása. Gazdaságos megoldásnak az utóbbi látszik, különösen akkor, ha nem csupán egy molekula felelős a hatás kialakulásáért (Knutsen

& Hansen 1997). A cianobaktériumokra ez csupán korlátozottan érvényes, mert szaporodásuk lassú, szuszpenziójuk nem homogén, vagyis tömegtermesztésük nehézségekkel jár. Felmerül továbbá a kérdés, hogy a laboratóriumi körülmények között szaporított hatásos mikroalga megőrzi-e ezt a tulajdonságát, ha tömegtermesztő berendezésben más körülmények között szaporodik? Adott molekula bioszintézise a mikroalga törzstől és a laboratóriumi tenyésztési, ill. a tömegtermesztési körülményektől, a prekurzorok jelenlététől és a bioszintézisben részt vevő specifikus enzimek aktivitásától függ (Skulberg 2000).

79

Az algák többféle antimikrobiális hatást is mutathatnak, ami feltehetően különböző vegyületek termelésére vezethető vissza (Olesen et al. 1964). Ugyanannak az algának különböző mintái lehetnek hatástalanok vagy hatásosak egyes mikroszervezetekre, ugyanakkor hatásosak másokra. Ebből azt a következtetést vonták le, hogy a hatásos vegyületek száma, vagy a koncentrációja eltérő volt a mintákban (Ballantine et al. 1987). A biológiai védekezés során vagy a mikroalgák által termelt gátló anyag hat a növénypatogén gombára, úgy mint a peszticidek, vagy a mikroalga által termelt anyagok védekező reakciókat indukálnak a növényben. Miután az utóbbi anyagok nem pusztítják el a patogént, a módszer teljesen eltér a kémiai védekezéstől (Alabouvette et al. 2006), és ez jelenti az előremutató megoldást. A növények érzékelik a patogének által kibocsájtott elicitor molekulákat, amelyek hatására a növény védekező mechanizmusokat hoz működésbe a patogénnel szemben. A tengeri algák által termelt poliszacharidok és ebből képződött oligoszacharidok szintén kiválthatnak ilyen védekező mechanizmust a növényben vírus, gomba és baktérium fertőzés ellen (Vera et al.

2011). A mikroalgák is termelnek poliszacharidokat, vagyis elméletileg szintén kiválthatnak hasonló hatást.

Tenyészet kora

Csaknem minden, érdeklődésre számot tartó, biológiailag hatásos vegyület másodlagos anyagcsere termék és mint ilyen rendszerint a szaporodás stacioner szakaszában vagy a lassan szaporodó tenyészetekben fordul elő leginkább (Borowitzka 1995). Számos tanulmányt közöltek arról, hogy a hatásos vegyületek termelése a szaporodási fázistól és a környezeti feltételektől függ, vagyis a hatásos vegyületek termelését optimalizálni kell (Debro & Ward 1979, Morton & Bomber 1994, Westerhuizen & Eloff 1983, stb.). Az Anabaena laxa a legnagyobb fungicid hatást a Pythium debaryanum-ra folyamatosan megvilágított tenyészetben és a szaporodás stacioner szakaszában mutatta (Gupta et al. 2013). A Synechococcus leopoliensis cianobaktérium maximális antimikrobiális hatását ugyancsak a szaporodás stacioner szakaszában mérték (Noaman et al. 2004). Az Oscillatoria angustissima és a Calothrix parietina antimikrobiális hatása szintén a stacioner szakaszban volt kimutatható (Issa 1999). Volk szerint az antimikrobiális vegyületek a Nostoc insulare tenyészetében a stacioner szakaszban halmozódtak fel (Volk 2007). A 4 naposhoz viszonyítva a 17-napos Gloeocapsa sp.

tenyészetben négyszer nagyobb volt a poliszacharidok antimikrobiális hatása (Gacheva et al.

2013). Scenedesmus zöldalga törzsek jelentős antimikrobiális hatását (< 1 mg cm³) tudtuk kimutatni két Gram-pozitív és két Gram-negatív baktériummal, valamint a Candida albicans gombával szemben. A hatást befolyásolta a tenyészet kora, de általános összefüggést nem tudtunk megállapítani a törzsek hatása és a tenyészetek kora között. A biológiai hatásosság szempontjából ideális szüretelési idő a keresett molekulától és az elvárt biológiai hatástól, valamint a vizsgált Scenedesmus törzstől függött (Aremu et al. 2014).

Tápoldat, fény hőmérséklet

A tápoldat az egyik legmeghatározóbb környezeti tényező a mikroalgák számára. Ennek egyik bizonyítéka például az, hogy G-tápoldatban szaporított Synechococcus leopoliensis antimikrobiális hatása csekély volt, közepes a Chu-10 és maximális a BG-11 tápoldatban

80

szaporítva (Noaman et al. 2004). Schwartz és munkatársai azt találták, hogy a tápoldat változtatásával, változik a Fischerella antimikrobiális hatása is (Schwartz et al. 1989). A tápoldat megfelelő megválasztása háromszorosára növelheti az antimikrobiális anyagot termelő törzs biomasszájának az antimikrobiális hatását (Egorov 1985). A mikroalgák szárazanyagában mintegy 50% a fehérje, a keményítő pedig az elsődleges szén- és energia-forrás. Ha a sejtek hosszabb időn át nitrogén-hiányos környezetbe kerülnek, akkor tovább nőnek és osztódnak, de a fotoszintézis révén megkötött szén a keményítő helyett a lipidek felé áramlik, a fehérjetermelés pedig szünetel (Li et al. 2011). Nitrogén-hiányos tápközegben a Chlorella minutissima zöldalgában csökkent a fehérjeszintézis (20-25%), és növekedett a lipid- és zsírsav-tartalom (40-45%; Ördög et al. 2012). A biológiai hatás kialakulása sokszor a zsírsavakra vezethető vissza (Gacheva et al. 2013, Mendiola et al. 2007, stb.), amelyek koncentrációját nitrogénhiányos tápoldattal növelhetjük. Nitrogén- és foszfor-limitációra volt szükség az Oscillatoria acutissima nagy acutiphycin termeléséhez (Moore et al. 1988).

A „cianobacterin LU1” antibiotikumot termelő CALU-892 Nostoc linckia törzs a szaporodás minden szakaszában termelt antibiotikumot, de inkább az alacsony hőmérsékletet kedvelte (Gromov et al. 1991). A Gloeocapsa sp. cianobaktérium szaporodása csökkent ha az ideálisnál alacsonyabb hőmérsékleten tenyésztették, de növekedett a biológiai hatása baktériumokkal és gombákkal szemben (Gacheva et al. 2013). A különböző körülmények között tenyésztett Anabaena laxa biomassza mintákból a folyamatos fényen tenyésztett fungicid hatása volt a legnagyobb, amit tovább növelt a foszfor koncentráció megkétszerezése a tápoldatban (Gupta et al. 2013). A nagy fényintenzitás egyesek szerint növeli (Tonk et al.

2005, Wiedner et al. 2003), mások szerint csökkenti a cianobaktériumok toxintermelését (Hobson & Fallowfield 2003, Lehtimaki et al. 1994, Sivonen 1990).

A környezeti feltételek hatása a biológiailag hatásos vegyületek termelésére sokkal fontosabb lehet, mint maga a mikroalga törzs (Procházková et al. 2013). A tápoldat, annak összetétele, a fény, a hőmérséklet, a tenyészet kora és sok más tényező (pH, CO2-ellátás, stb.) mind befolyásolják a hatásos vegyület(ek) termelését és koncentrációját a mikroalgákban. A hatásos törzs kiválasztása után ezért fontos feladat a tenyésztési körülmények optimalizálása, ami nem feltétlenül egyezik meg a szaporodási feltételek optimalizálásával. Nem egyszerűen biomassza termelés a cél, hanem biológiailag aktív anyagokban gazdag mikroalga biomassza termelése. A tenyészet szaporodásának az optimalizálását nem a szárazanyag termelésre, hanem a biológiailag aktív anyag termelésre célszerű elvégezni.

4.1.4. Célkitűzések

Fő célunk az MACC jól szaporodó mikroalga törzseinek gazdaságilag jelentős növénypatogén gombákkal szembeni hatásosságának a megismerése volt, ezen belül pedig az alábbiak:

1. kilenc növénypatogén gomba közül legalább egy ellen hatásos mikroalga törzs kiválasztása, aminek ismeretében majd pályázati anyagok készíthetők a biológiailag hatásos anyagok ideális termelési feltételeinek a meghatározásához, végül pedig mikroalga termék előállításához,

81

2. mikroalga törzsek eredeti élőhelye (talaj, víz), rendszertani helye (cianobaktérium, eukarióta alga) és biológiai hatásossága közötti összefüggés feltárása, a jövőbeni biotesztelésnél nagyobb találati arány eléréséhez, valamint az MACC bővítésére legmegfelelőbb élőhelyek kiválasztása új törzsek izolálásához,

3. növénypatogén gombákkal szemben hatásos mikroalgák gyakoriságának a becslése annak előrejelzésére, hogy milyen esélyünk van új növénypatogén gombával szemben hatásos mikroalga kiválasztására.

4.2. Anyag és módszer