Cyanobacteria as a source of bioactive metabolites: their potential application in biotechnology and environmental impact
Disertacijos gynimo komisijos pirmininkas / Dissertation Defence Board Chairman | |
Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member | |
Karosienė, Jūratė | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Grabowska, Magdalena | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Meriluoto, Jussi | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Šiame darbe pateikiamas išsamus melsvabakterių ir jų antrinių metabolitų įvairovės bei paplitimo Kuršių mariose ir Baltijos jūros priekrantėje tyrimas. Jo metu buvo tiriama toksinių melsvabakterių žydėjimo ekologinė ir socioekologinė reikšmė bei melsvabakterių produkuojamų metabolitų biotechnologinis potencialas. Fitoplanktono analizė parodė, kad Aphanizomenon, Dolichospermum / Anabaena, Microcystis, Planktothrix ir Woronichinia gentys yra vienos pagrindinių melsvabakterių genčių, dažniausiai aptinkamų mėginiuose, paimtuose iš Kuršių marių. Dolichospermum / Anabaena, Microcystis ir Planktothrix agardhii genetiniais metodais patvirtinti kaip galimi mikrocistinų produkuotojai. Vandens kokybės vertinimas pagal melsvabakterių parametrus Lietuvos Baltijos jūros priekrantės ir Kuršių marių rekreacinėse vietovėse parodė mažą neigiamo poveikio sveikatai tikimybę, didesnę – piečiausioje Kuršių marių dalyje. Kadangi šios abi sistemos yra tarpusavyje susijusios, Kuršių marių melsvabakterių dinamika ir struktūra daro didelę įtaką toksinų įvairovei ir koncentracijai jūros pakrančių zonose. Atlikus išsamius tyrimus Kuršių mariose aptikta 119 melsvabakterių produkuojamų metabolitų, priklausančių aštuonioms skirtingoms klasėms. Nustatyta, kad cianopeptolinai ir mikrocistinai struktūriškai buvo pačios įvairiausios cianometabolitų klasės. Rasta retų ir potencialiai naujų mikrocistinų variantų. Didelė mikrocistinų įvairovė bei jų sezoniniai pokyčiai gali rodyti, jog mariose egzistuoja skirtingi melsvabakterių chemotipai. Fitoplanktono mėginių iš Kuršių marių bioaktyvumo testavimai parodė vandens mikroorganizmų gebėjimą gaminti natūralius produktus, turinčius farmacinį potencialą. Testuojami fitoplanktono biomasės mėginiai buvo aktyvūs prieš antibiotikams atsparias klinikines ir aplinkos bakterijų padermes, taip pat jie slopino serino proteazių aktyvumą ir sumažino T47D žmogaus krūties adenokarcinomos ląstelių gyvybingumą.
This work presents a comprehensive study on the diversity and occurrence of cyanobacteria and their secondary metabolites in the Curonian Lagoon and coastal Baltic Sea. In the study, the ecological and socioecological significance of toxic cyanobacteria blooms as well as the biotechnological potential of cyanometabolites were explored. Phytoplankton analyses of samples collected in the Curonian Lagoon showed frequent occurrence of Aphanizomenon, Dolichospermum/Anabaena, Microcystis, Planktothrix and Woronichinia genera. Of these, Dolichospermum/Anabaena, Microcystis, and Planktothrix agardhii were confirmed by genetic methods as potential MCs producers. The assessment of water quality based on cyanobacteria parameters in the recreational areas of the Lithuanian Baltic Sea coast and Curonian Lagoon indicated a low probability of adverse health effects, with a higher risk in the southernmost part of the Curonian Lagoon. As these two systems are interconnected, the dynamics and structure of cyanobacteria in the Curonian Lagoon have significant impact on diversity and concentrations of cyanotoxins in the coastal areas of the sea. During the comprehensive studies of field samples collected in the Curonian Lagoon, 119 cyanometabolites representing eight different classes of the compounds were detected. Cyanopeptolins and microcystins were found to be most structurally diverse class of cyanopeptides. The observed diversity and considerable variation in rare and potentially new microcystin variants may indicate the presence of different cyanobacteria chemotypes in the lagoon. Bioactivity screening of phytoplankton samples from the Curonian Lagoon confirmed pharmaceutical potential of aquatic microorganisms. The samples were active against antibiotic resistant clinical and environmental bacteria strains, they inhibited serine proteases and reduced the viability of the T47D human breast adenocarcinoma cells.