ラマン顕微鏡および参照酵素アッセイによる微細藻類におけるポリリン酸の定量化

進化の初期の生細胞でポリリン酸が発生し、微細藻類には細胞内のこれらの重要なポリマーが含まれています。これらの生態学的およびバイオテクノロジー的に重要な微生物のポリリン酸代謝の研究の進歩は、迅速な定量化方法の欠如によって妨げられています。ここで紹介した緑色の藻類の尋常性の実験では、水、メタノールクロロホルム、フェノールクロロホルムのポリリン酸抽出を比較した後、シリカカラムまたはエタノール沈殿に結合することによりポリリン酸精製を行いました。C. vulgarisのフェノールクロロホルム抽出とそれに続くポリリン酸のエタノール沈殿は、他のテストされたメソッドバリアントよりも優れていることが示されました。藻類バイオマスへのポリリン酸標準の添加の回復テストにより、この方法は正確であることが示されました。この生化学的アッセイを検証済みの参照として使用して、2次元の共焦点ラマン顕微鏡検査が、R2を最大0.956のC. vulgarisのポリリン酸の線形プロキシとして機能できることを示しています。これにより、ポリリン酸塩の定量化は、数日から数時間までのラマン顕微鏡検査を使用することで短縮できます。さらに、藻類培養における個々の細胞間のポリリン酸の細胞内分布と不均一性に関する情報を得ることができます。これにより、リンの取り込みと貯蔵に不可欠なこれらのポリマーのダイナミクスと役割に関する新しい洞察が得られます。この分析能力は、藻類が廃水からのリン隔離を促進し、したがって濃縮バイオマスが有機肥料として機能する可能性があるため、この分析能力は非常に重要です。これらのアプリケーションは両方とも、将来の持続可能で循環的な生物経済において強い可能性を秘めています。

Polyphosphates have occurred in living cells early in evolution and microalgae contain these important polymers in their cells. Progress in research of polyphosphate metabolism of these ecologically as well as biotechnologically important microorganisms is hampered by the lack of rapid quantification methods. Experiments with the green alga Chlorella vulgaris presented here compared polyphosphate extraction in water, methanol-chloroform, and phenol-chloroform followed by polyphosphate purification by binding to silica columns or ethanol precipitation. The phenol-chloroform extraction of C. vulgaris followed by ethanol precipitation of polyphosphate was shown to be superior to the other tested method variants. Recovery test of added polyphosphate standard to algal biomass showed that the method is accurate. Using this biochemical assay as a validated reference, we show that 2-dimensional, confocal Raman microscopy can serve as a linear proxy for polyphosphate in C. vulgaris with R2 up to 0.956. With this, polyphosphate quantification can be shortened by use of Raman microscopy from days to hours and, additionally, information about intracellular distribution of polyphosphate and heterogeneity among individual cells in algal culture can be obtained. This offers new insights into the dynamics and role of these polymers crucial for phosphorus uptake and storage. This analytical capability is of particular practical importance because algae aid phosphorus sequestration from wastewater and the thus enriched biomass may serve as organic fertilizer. Both these applications have a strong potential in a future sustainable, circular bioeconomy.