Φύκη: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
μ Αντικατάσταση παρωχημένου προτύπου με references tag |
Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας Ετικέτα: μεγάλη προσθήκη |
||
Γραμμή 72:
== Οικολογία ==
Όλα αυτά τα είδη αποτελούν απλές φωτοσυνθετικές πηγές με μονοκύτταρα παραγωγικά συστήματα. Σε διαστάσεις κυμαίνονται από μονοκύτταρους οργανισμούς όπως η χλαμυδομονάδα ''[[C. reinhardtii]]'' μέχρι μή αγγειακά νηματοειδή ή θαλλοειδή φυτά. Έτσι τα φύκη απαντώνται είτε σε [[θάλασσα|θάλασσες]] και [[λίμνη|λίμνες]] (σε αλμυρό ή γλυκό νερό), είτε στη ξηρά ως χερσαία όπου ζουν και αναπτύσσονται σε υγρό περιβάλλον, π.χ. τοίχους, δένδρα κ.λ.π.
==Μικροφύκη και κυανοβακτήρια ==
Τα μικροφύκη και τα κυανοβακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, ευρέως διαδεδομένοι σε χερσαία και υδάτινα οικοσυστήματα. Οι πολύπλοκοι μηχανισμοί της φωτοσύνθεσης, η ποικιλομορφία των ειδών και η μεταβολική τους ευελιξία έχουν αυξήσει το ενδιαφέρον για την χρήση αυτών των οργανισμών στη βιοτεχνολογία. Η ευκολία καλλιέργειας τους, η γρήγορη ανάπτυξή τους και η φυσική τους ικανότητα να συσσωρεύουν λιπίδια σε μεγάλες ποσότητες έχουν οδηγήσει σε μια έντονη ερευνητική προσπάθεια για την χρήση τους στην παραγωγή βιοκαυσίμων. Ωστόσο, περίπου 116 είδη κυανοβακτηρίων έχουν αλληλουχηθεί, από τα οποία τα 36 ολοκληρωμένα, ενώ μόλις 30 γονιδιώματα μικροφυκών είναι διαθέσιμα. Για τα κυανοβακτήρια υπάρχει μια βάση δεδομένων με αποκλειστικές πληροφορίες για τα διαθέσιμα γονιδιώματα (http://genome.microbedb.jp/cyanobase/). Από την άλλη, στη βιβλιογραφία του μεταβολικού ανασχηματισμού υπάρχουν μόλις 5 και 9 είδη κυανοβακτηρίων και μικροφυκών αντίστοιχα, σε αντιπαράθεση με τα 2000 περίπου κυανοβακτήρια και 35000 μικροφύκη που έχουν περιγραφεί μέχρι στιγμής. Όσον αφορά τα χλωρόφυτα έχουν γίνει προσπάθειες αλληλούχισης για 31 γονιδιώματα με 5 από αυτα (4 είδη) να έχουν ολοκληρωμένη αλληλούχιση γονιδιώματος.
== Γονιδιωματική στα Φύκη ==
Γραμμή 101 ⟶ 104 :
|''[[Synechocystis]]'' sp.<ref name="GenomicsCyano">Palaniswamy Thanga Velan Lakshmi. (2007). “ An insight into cyanobacterial genomics - a perspective”. Bioinformation. 2(1): 8–11.</ref>, ''[[Anabaena]]'' sp.<ref name="GenomicsCyano"/>, ''[[Thermosynechococcus elongatus]]''<ref name="GenomicsCyano"/>, ''[[Gloeobacter violaceus]]''<ref name="GenomicsCyano"/>, ''[[Prochlorococcus marinus]]''<ref name="GenomicsCyano" />'','' ''[[Synechococcus]]'' sp.<ref name="GenomicsCyano"/>, ''[[Anabaena cylindrica]]''<ref name="NCBIgenomes">ftp://ftp.ncbi.nih.gov/genomes/</ref>, ''[[Anabaena variabilis]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Synechococcus elongatus]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Calothrix]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Chroococcidiopsis thermalis]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Crinalium epipsammum]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Cyanobacterium aponinum]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Cyanobacterium stanieri]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Cyanobium gracile]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Cyanothece]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Cylindrospermum stagnale]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Gloeocapsa]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Halothece]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Leptolyngbya]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Microcoleus]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Microcystis aeruginosa]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Nostoc]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Nostoc punctiforme]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Oscillatoria acuminata]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Oscillatoria nigro viridis]]''<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Pseudanabaena]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>, ''[[Rivularia]]'' sp.<ref name="NCBIgenomes"/>
|}
==Βιοπληροφορική και γονιδιωματική στα μικροφύκη==
Η [[Βιολογία συστημάτων]] (Systems Biology) είναι ένας αναδυόμενος κλάδος που μελετά βιολογικές διεργασίες μέσω ενδελεχών μοντέλων σχεδιασμένων σε Η/Υ. Μεταξύ των πολλών εργαλείων που διαθέτει η βιολογία συστημάτων, τον πιο σημαντικό ρόλο στην σύνδεση γενότυπου με φαινότυπο παίζουν οι ανακατασκευές δικτύων σε επίπεδο γονιδιώματος (genome scale network reconstructions, GENREs). Στην απλούστερη μορφή της, μια GENRE είναι μια λίστα στοιχειομετρικά ισορροπημένων μεταβολικών αντιδράσεων μαζί με περιγραφές σχέσεων μεταξύ γονιδίου – πρωτεϊνης. Επίσης, μπορεί να μετασχηματιστεί σε μαθηματικό μοντέλο (genome – scale model, GEM) που αντιπροσωπεύει τις μεταβολικές δυνατότητες ενός συγκεκριμένου οργανισμού και να χρησιμοποιηθεί για παράδειγμα στην πρόβλεψη του φαινότυπου μέσω του γενότυπου. Αυτή η δυνατότητα των GEMs τα κάνει πολύ χρήσιμα στην μεταβολική μηχανική καθώς μπορούν να προβλέψουν τον παγκόσμιο αντίκτυπο εισαγωγής γονιδίων και [[Gene knockout|νοκ – αουτ γονιδίων]] στον μεταβολισμό, με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η αναζήτηση ιδανικού σχεδιασμού στελέχους [[In silico|''in silico'']].
Αλγόριθμοι για σχεδιασμό στελεχών μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε 3 τύπους: [[De novo|''de novο'']] κατασκευή μονοπατιού, ρύθμιση ενζύμων και διαγραφή ενζύμων. Παράδειγμα του πρώτου τύπου είναι το OptStrain (Pharkya ''et al.'', 2004) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό μονοπατιών για ξένες, ως προς το στέλεχος, ουσίες, όπως επίσης για την αύξηση της παραγωγής των ήδη βιοσυντιθέμενων από τον οργανισμό ουσιών. Ο αλγόριθμος OptForce (Ranganathan ''et al.'', 2010) αναζητεί ομάδες ενζύμων που θα πρέπει να αυξηθεί, να μειωθεί ή να σταματήσει τελείως (νοκ – αουτ) η δραστικότητά τους για την παραγωγή του ελάχιστου ορίου του προϊόντος – στόχου. Ο OptKnock (Burgard ''et al.'', 2003) είναι ένα παράδειγμα του τρίτου τύπου αλγόριθμου, ο οποίος αναζητεί νοκ – άουτ ένζυμα για να τα συσχετίσει με την παραγωγή της ουσίας – στόχου σε σχέση με την αύξηση. Η συσχέτιση αυτή είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό σε [[Γενετική μηχανική|μετασχηματισμένα]] στελέχη καθώς μετριάζει τα προβλήματα της [[Φυσική επιλογή|φυσικής επιλογής]] και της [[Genome instability|γενετικής αστάθειας]], ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια σε [[Experimental evolution|προσαρμοσμένη εξέλιξη]] στο εργαστήριο για την αύξηση της παραγωγής της ουσίας – στόχου.
==Γονιδιωματική και βιοσύνθεση λιπιδίων==
Τα είδη ''Chlorella'' spp. είναι μια ομάδα μονοκύτταρων χλωροφυκών του γλυκού νερού που έχει εξελιχθεί εδώ και ένα δισεκατομμύριο χρόνια και βρίσκεται ανάμεσα στα πιο διαδεδομένα καλλιεργούμενα μικροφύκη με ετήσια παραγωγή 4000 τόνων βιομάζας παγκοσμίως.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της ''Chlorella'' είναι η ικανότητα της να υποστηρίξει υψηλή παραγωγικότητα βιομάζας υπό [[Αυτότροφος|αυτοτροφικές]] αλλα και [[Ετερότροφος|ετεροτροφικές]] συνθήκες καλλιέργειας. Υπό φώτο – αυτοτροφικές συνθήκες τα περισσότερα μέλη αυτής της ομάδας παράγουν περίσσεια πρωτεϊνών και λιπιδίων, ωστόσο με την προϋπόθεση η καλλιέργεια να διαρκέσει 1 με 2 εβδομάδες, γεγονός που αποτελεί πρόβλημα καθώς η περίοδος αυτή είναι μεγάλη με αποτέλεσμα την μικρή παραγωγικότητα και ευαισθησία στις καιρικές συνθήκες. Από την άλλη, υπό συνθήκες ετεροτροφίας, φτάνουν σε πολύ μεγαλύτερα επίπεδα παραγωγικότητας με συσσώρευση σημαντικών επιπέδων υδατανθρακών και πολύ χαμηλότερα επίπεδα λιπιδίων και πρωτεϊνών. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως όταν τα κύτταρα μεταβούν από ετεροτροφικές σε φωτο – αυτοτροφικές συνθήκες για μικρό χρονικό διάστημα (μια με δυο μέρες ανάλογα τον καιρό) έκθεσης στον ήλιο (διαδικασία επαγωγής φωτός), προκαλεί διακεκριμένες αλλαγές στο ενδοκυτταρικό προφίλ, με μείωση των υδατανθρακών και αύξηση λιπιδίων και πρωτεϊνών από 70% έως 120%. Κατά συνέπεια, υπάρχουν αυξημένες ουσίες – στόχοι και υψηλή παραγωγικότητα. Αυτός ο ελεγχόμενος «διακόπτης» μπορεί να εκμεταλλευτεί σε βιομηχανίες τροφίμων και βιοκαυσίμων.
Μετά από [[Transcriptomics technologies|αναλύσεις μεταγραφώματος]] βρέθηκε πως ο διακόπτης αυτός μπορεί να οδηγήσει σε παραγωγή αναγωγικών ισοδυνάμων ενέργειας (π.χ. σε μορφή [[Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate|NADPH]]) που βοηθούν σε βιοσυνθετικές αντιδράσεις όπως βιοσύνθεση λιπιδίων. Μπορεί, λοιπόν, η αύξηση των αναγωγικών ισοδυνάμων να συμβάλλει εν δυνάμει σε συσσώρευση λιπιδίων στον ενδοκυττάριο χώρο. Στο ''Arabidopsis'', η [[Kinase|κινάση]] 3 του [[Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate|NAD(H)]] είναι η κύρια πηγή κυτταρικού NADPH που χρησιμοποιείται σε αντιδράσεις στο αβιοτικό στρες. Το γονίδιο που ευθύνεται για την παραγωγή της κινάσης είναι το ''AtNADK'' που βρίσκεται σε 3 αντίγραφα στο γονιδίωμα του ''Arabidopsis''. Στο γονιδίωμα του στελέχους ''Chlorella pyrenoidosa'' FACHB-9 βρέθηκε μόνο ένα αντίγραφο (g6804). Στην ανάλυση μεταγραφώματος φάνηκε πως το συγκεκριμένο γονίδιο ενισχύθηκε κατά 360% σε ετεροτροφικές συνθήκες και 41.6% στην διαδικασία επαγωγής φωτός, υποδηλώνοντας τον ενεργό ρόλο του στην παραγωγή λιπιδίων. Οι Fan J. ''et al.'' το 2015 εισήγαγαν ένα ακόμη γονίδιο ''AtNADK'' στο συγκεκριμένο στέλεχος για να επιβεβαιώσουν τα παραπάνω αποτελέσματα. Τα αρχικά τους αποτελέσματα δεν έδειξαν κάποια διαφορά στις καμπύλες αύξησης των [[Genetically modified organism|διαγονιδιακών]] στελεχών σε σχέση με τον άγριο τύπο και υπο συνθήκες ετεροτροφίας και φωτο – αυτοτροφίας. Στην συνέχεια, χρησιμοποίησαν τον [[Υποκινητής (βιολογία)|υποκινητή]] ''Hsp70'' ο οποίος ευθύνεται για την παραγωγή [[Heat shock protein|πρωτεϊνών θερμικού σοκ]] και έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στο ''Chlamydomonas reinhardtii''. Δοκίμασαν ξανά το πείραμα αυτή την φορά και σε συνθήκες θερμικού σοκ και τα αποτελέσματα διαφοροποιήθηκαν. Και στις τρεις διαφορετικές συνθήκες τα διαγονιδιακά στελέχη παρουσίασαν αύξηση 39.3% με 79.9% στα επίπεδα NADPH και 45.3% με 110.4% στα επίπεδα λιπιδίων, συγκρινόμενα με τον άγριο τύπο. Επίσης, εξετάστηκε η σύσταση των λιπαρών οξέων των μετασχηματισμένων στελεχών και δεν βρέθηκαν σημαντικές διαφορές σε σχέση με τον άγριο τύπο. Ανάμεσα στις τρεις διαφορετικές συνθήκες καλλιέργειας, ο πιο αποτελεσματικός τρόπος ήταν η επαγωγή φωτός με δεύτερο το θερμικό σοκ και τελευταία την ετεροτροφία.
==Το μέλλον==
Όσο περνάει ο χρόνος και περισσότερα δεδομένα αναδύονται για τα μικροφύκη ερχόμαστε όλο και πιο κοντά στην υλοποίηση βιοπαραγωγής ουσιών, υψηλής ακρίβειας (σε επίπεδο νανομέτρων) αλλά και χαμηλού κόστους. Επομένως, τα μικροφύκη έχουν πολλά να μας προσφέρουν εκτός από φθηνά βιοκαύσιμα. Ας τα θαυμάσουμε λοιπόν τώρα για τον μοναδικό μεταβολισμό τους και την ομορφιά τους, και να έχουμε κατά νου πως θα είναι έκει να μας σώσουν όταν εξορύξουμε το τελευταίο βαρέλι πετρελαίου.
== Βιβλιογραφία ==
Γραμμή 106 ⟶ 118 :
*Whitton, B.A., Potts, M. (Eds.), (2000). The Ecology of Cyanobacteria: Their Diversity in Time and Space. Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-7923-4735-4
*J.E.Graham, Lee W. Wilcox, L.E. Graham, (2011). Φύκη. Εκδόσεις ΚΩΣΤΑΡΑΚΗ Π. ΕΥΡΥΔΙΚΗ. ISBN 978-960-87655-9-7
*Brooijmans R.J.W., Siezen R.J. (2010). Genomics of microalgae, fuel for the future? Microbial Biotechnology Vol. 3, 514 – 522.
*Fan J., Ning K., Zeng X., Luo Y., Wang D., Hu J., Li J., Xu H., Huang J., Wan M., Wang W., Zhang D., Shen G., Run C., Liao J., Fang L., Huang S., Jing X., Su X., Wang A., Bai L., Hu Z., Xu J., Li Y. (2015). Genomic Foundation of Starch – to – Lipid Switch in Oleaginous Chlorella spp. Plant Physiology, Vol. 169, pp. 2444 – 2461.
*Gudmundsson S., Agudo L., Nogales J. (2017). Application of genome – scale metabolic models of microalgae and cyanobacteria in biotechnology. Microalgae – Based Biofuels and Bioproducts. Elsevier Ltd.
== Παραπομπές ==
| |||