Хранилище ангидробиозных культур микроводорослей и цианобактерий Института биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Аннотация
Надёжное сохранение культур микроводорослей и создание генетических банков штаммов — одна из важных задач современной биологии. В каталоге Всемирной федерации культур в базе WDCM CCINFO на сегодняшний день зарегистрировано 792 коллекции различных культивируемых организмов из 76 стран. Это самая обширная сводная база данных, включающая как известные крупные коллекции, так и небольшие хранилища исследовательских и образовательных учреждений со всего мира. В базе представлено 47 альгологических коллекций и 80 коллекций микроорганизмов, которые также включают культуры микроводорослей и цианобактерий. В России зарегистрировано всего 30 биологических коллекций; фонды только 13 из них включают штаммы водорослей. Самый распространённый способ хранения культур микроводорослей — метод их периодических пересевов на жидкие среды или агар. Его используют в 127 коллекциях (99 % от общего количества в каталоге). Также применяют криоконсервацию — в 33 коллекциях (27 %), лиофилизацию — в 13 (11 %), L-высушивание — в 5 (4 %), замораживание — в 19 (16 %), иммобилизацию в альгинатных бусинках — в 1 (0,8 %). Между тем при использовании этих методов изменяются морфологические и функциональные свойства клеток сохраняемых культур и происходит их измельчание. Кроме того, поддержание культур в жизнеспособном состоянии трудоёмко и требует дорогостоящего оборудования. При этом хранение микроводорослей, переведённых в состояние ангидробиоза путём их обезвоживания, просто и экономически выгодно. Ангидробиоз — глубокое и длительное торможение метаболизма, обратимое при благоприятных условиях; это достаточно распространённое явление в природе. Единственная коллекция из базы WDCM CCINFO, для которой применяют способ перевода клеток в покоящееся состояние путём ангидробиоза (для почвенных водорослей) — коллекция культур водорослей Киевского национального университета (ACKU WDCM 994). Многолетние опыты по переводу микроводорослей в состояние ангидробиоза позволили разработать метод их длительного хранения без использования питательных сред, включающий перевод клеток в состояние ангидробиоза, их сохранение в дегидратированном состоянии и последующее выведение в активную культуру. С целью поддержания альгологического биоразнообразия на базе ФИЦ ИнБЮМ создано хранилище микроводорослей, переведённых в состояние ангидробиоза; их при необходимости можно вывести в активные культуры. Объектами стали морские одноклеточные водоросли, а также пресноводные и галобные виды низших фототрофов, перспективные для аквакультуры и биотехнологии. Культуры получены в виде инокулята из коллекции живых культур планктонных микроводорослей ФИЦ ИнБЮМ. Водоросли выращивали в накопительном режиме при постоянном освещении. Биомассу собирали во время культивирования альгологически чистых культур микроводорослей на стадии замедления роста или на стационарной стадии. Клетки отделяли от культуральной среды центрифугированием или путём их фильтрации на планктонном сите. Затем водоросли обезвоживали и хранили в герметичных зиплок-пакетах, помещённых в пластиковые ёмкости объёмом от 100 до 500 мл, при температуре +18…+21 °C в темноте в специально оборудованном помещении. Основная часть коллекции представлена штаммами из отделов Chlorophyta, Cyanophyta, Bacillariophyta, Rodophyta. В статье приведены список видов и количество сохраняемых изолятов, представлена информация о формах хранения, описан технологический регламент обслуживания и пополнения хранилища ангидробиозных культур. Хранилище находится на стадии формирования. Его будущее связано с расширением фонда за счёт морских, пресноводных и галобных видов. Оптимизация способа обезвоживания позволит перевести в состояние ангидробиоза микроводоросли, относящиеся к разным систематическим отделам.
Авторы
Библиографические ссылки
Айздайчер Н. А. Коллекция культур морских микроводорослей Института биологии моря им. А. В. Жирмунского ДВО РАН // Биология моря. 2008. Т. 34, № 2. С. 152–155. [Aizdaicher N. A. Collection of marine microalgae at the A. V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology. Biologiya morya, 2008, vol. 34, no. 2, pp. 152–155. (in Russ.)]
Владимирова М. Г., Игнатьевская М. И. Изучение влияния условий хранения культур Chlorella в коллекции на последующую их продуктивность // Микробиология. 1966. Т. 35, № 3. С. 539–548. [Vladimirova M. G., Ignat’evskaya M. I. Izuchenie vliyaniya uslovii khraneniya kul’tur Chlorella v kollektsii na posleduyushchuyu ikh produktivnost’. Mikrobiologiya, 1966, vol. 35, no. 3, pp. 539–548. (in Russ.)]
Костиков И. Ю., Демченко Э. Н., Березовская М. А. Коллекция культур водорослей Киевского национального университета имени Тараса Шевченко. Каталог штаммов (2008 г.) // Чорноморський ботанічний журнал. 2009. Т. 5, № 1. С. 37–79. [Kostikov I. Yu., Demchenko E. N., Berezovskaya M. A. Microalgae culture collection at the Taras Shevchenko National University, Kyiv. Catalogue of strains (2008). Chornomorskyi botanichnyi zhurnal, 2009, vol. 5, no. 1, pp. 37–79. (in Russ.)]
Новаковская И. В., Патова Е. Н. Коллекция живых штаммов микроводорослей Института биологии Коми НЦ УрО РАН и перспективы ее использования // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2012. Вып. 2, № 10. С. 36–41. [Novakovskaya I. V., Patova E. N. Collection of living microalgae strains of the Institute of Biology, Komi Science Centre, Ural Branch, RAS, and its perspective using. Izvestiya Komi nauchnogo tsentra UrO RAN, 2012, iss. 2, no. 10, pp. 36–41. (in Russ.)]
Одинцова Н. А., Борода А. В. Криосохранение клеток и личинок морских гидробионтов // Биология моря. 2012. Т. 38, № 2. С. 93–103. [Odintsova N. A., Boroda A. V. Cryopreservation of the cells and larvae of marine organisms. Biologiya morya, 2012, vol. 38, no. 2, pp. 93–103. (in Russ.)]
Пат. 2541452 Российская Федерация. МПК6 С 12 N 1/04. Способ длительного хранения микроводорослей / Харчук И. А. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт морских биологических исследований имени А. О. Ковалевского РАН». № 2014149881/93 ; заявл. 26.09.2014 ; приор. 17.03.2008 ; опубл. 10.02.2015 , Бюл. № 4. [Pat. 2541452 Rossiiskaya Federatsiya. MPK6 S 12 N 1/04. Sposob dlitel’nogo khraneniya mikrovodoroslei / Kharchuk I. A. ; zayavitel’ i patentoobladatel’ Federal’noe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie nauki “Institut morskikh biologicheskikh issledovanii imeni A. O. Kovalevskogo RAN”. No. 2014149881/93; zayavl. 26.09.2014; prior. 17.03.2008; opubl. 10.02.2015, Byul. no. 4. (in Russ.)]
Харчук И. А. Хранение микроводорослей в состоянии ангидробиоза // Микроводоросли Чёрного моря: проблемы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования / под ред. Ю. Н. Токарева, З. З. Финенко, Н. В. Шадрина Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. Гл. 9. С. 237–267. [Kharchuk I. A. Khranenie mikrovodoroslei v sostoyanii angidrobioza. In: Mikrovodorosli Chernogo morya: problemy sokhraneniya bioraznoobraziya i biotekhnologicheskogo ispol’zovaniya / Yu. N. Tokarev, Z. Z. Finenko, N. V. Shadrin (Eds). Sevastopol : EKOSI-Gidrofizika, 2008, chap. 9, pp. 237–267. (in Russ.)]
Харчук И. А. Динамика жизнеспособности и компонентов биохимического состава Arthrospira (Spirulina) platensis (Nords) Gomont в зависимости от температуры дегидратации при переводе в состояние ангидробиоза // Вопросы современной альгологии. 2018. № 1 (16). [Kharchuk I. A. Dynamics of viability and components of biochemical composition Arthrospira (Spirulina) platensis (Nords) Gomont depending on the dehydration temperature transferring at anhydrobiosis state. Voprosy sovremennoi al’gologii, 2018, no. 1 (16). URL: http://algology.ru/1258 (accessed 23.07.2019). (in Russ.)]
Коллекция микроводорослей отдела экологической физиологии водорослей ФИЦ ИнБЮМ [Электронный ресурс]. : сайт. [Kollektsiya mikrovodoroslei otdela ekologicheskoi fiziologii vodoroslei FITs InBYuM [Electronic resource] : site. URL: http://ibss-ras.ru/?page_id=2828 (accessed 24.07.2019). (in Russ.)]
Cañavate J. P., Lubian L. M. Relationship between cooling rates, cryoprotectant concentrations and salinities in the cryopreservation of marine microalgae. Marine Biology, 1995, vol. 124, iss. 2, pp. 325–334. https://doi.org/10.1007/BF00347136
Chen Y. C. Immobilized microalgae Scenedesmus quadricanda (Chlorophyta, Chlorococcales) for long-term storage and for application for water quality control in fish culture. Aquaculture, 2001, vol. 195, no. 1–2, pp. 71–80. https://doi.org/10.1016/S0044-8486(00)00540-8
Chen Y. C. Immobilized Isochrysis galbana (Haptophyta) for long-term storage and applications for feed and water quality control in clam (Meretrix lusoria) cultures. Journal of Applied Phycology, 2003, vol. 15, no. 5, pp. 439–444. https://doi.org/10.1023/A:1026071714199
Crutchfield A., Diller K., Brand J. Cryopreservation of Chlamydomonas reinhardtii (Chlorophyta). European Journal of Phycology, 1999, vol. 34, iss. 1, pp. 43–52. https://doi.org/10.1080/09670269910001736072
Day J. G., Watanable M. M., Morris G. H., Fleck R. A., McLellan M. R. Long-term viability of preserved eukaryotic algae. Journal of Applied Phycology, 1997, vol. 9, no. 2, pp. 121–127. https://doi.org/10.1023/A:1007991507314
Hur S. B., Bae J. H., Youn J., Jo M. J. KMMCC – Korea Marine Microalgae Culture Center: List of strains, 2nd edition. Algae, 2015, vol. 30, suppl., pp. S1–S188. http://dx.doi.org/10.4490/algae.2015.30.S.S1
Kumari N., Gupta M., Singh R. Open encapsulation-vitrification for cryopreservation of algae. Cryobiology, 2016, vol. 73, iss. 2, pp. 232–239. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2016.07.005
Marsalek B., Rojickova-Padrtova R. Long-term maintenance of alga strains for use in biomassays and biotechnology. Archiv fur̈ Hydrobiologie. Supplementband: Algological Studies, 1988, vol. 124, pp. 121–136.
Meyer M. A. Cryopreservation of a Marine Diatom. PhD Thesis. Texas A & M University, College Station, 1985, 112 p.
Poncet J.-M., Véron B. Cryopreservation of the unicellular marine alga, Nannochloropsis oculata. Biotechnology Letters, 2003, vol. 25, no. 23, pp. 2017–2022. https://doi.org/10.1023/B:BILE.0000004395.04116.45
Richmond A., Lichtenberg E., Stahl B., Vonshak A. Quantitative assessment of the major limitations on productivity of Spirulina platensis in open raceways. Journal of Applied Phycology, 1990, vol. 2, no. 3, pp. 195–206. https://doi.org/10.1007/BF02179776
Sakane T. Preservation of microorganisms by L-drying. International Journal of Reefing, 1982, vol. 57, no. 6, pp. 767–775.
Scarbrough C., Wirschell M. Comparative analysis of cryopreservation methods in Chlamydomonas reinhardtii. Cryobiology, 2016, vol. 73, iss. 2, pp. 291–295. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2016.07.011
von Schwartzenberg K., Bornfleth S., Lindner A., Hanelt D. The Microalgae and Zygnematophyceae Collection Hamburg (MZCH) – living cultures for research on rare streptophytic algae. Algological Studies, 2013, vol. 142, pp. 77–108. http://doi.org/10.1127/1864-1318/2013/0131
Surek B. Meeting report: International Symposium on the Cryopreservation of Algae (Austin, Texas, USA, 16–17 April, 1988). Protist, 1998, vol. 149, iss. 3. pp. 201–205. https://doi.org/10.1016/S1434-4610(98)70026-4
Tessarolli L. P., Day J. G., Vieira A. H. Establishment of a cryopreserved biobank for the Culture Collection of Freshwater Microalgae (CCMA-UFSCar), São Paulo, Brazil. Biota Neotropica, 2017, vol. 17, no. 2, e20160299. http://dx.doi.org/10.1590/1676-0611-bn-2016-0299
Tsuru S. Preservation of marine and fresh water algae by means of freezing and freeze-drying. Cryobiology, 1973, vol. 10, iss. 5, pp. 445–452. https://doi.org/10.1016/0011-2240(73)90074-6
WDCM CCINFO. World Data Centre for Microorganisms, Culture Collections Information Worldwide. 2014. [Electronic resource.] URL: http://www.wfcc.info/ccinfo/home (accessed 23.07.2019).
Zheng L., Lu Z., Zhang Q., Li T., Song L. A fluorescence ratio-based method to determine microalgal viability and its application to rapid optimization of cryopreservation. Cryobiology, 2018, vol. 81, pp. 27–33. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2018.02.014
