Efficient microscale screening of various Haematococcus pluvialis strains for growth and astaxanthin production

Das Ketocarotenoid Astaxanthin wird in der Natur von einigen Algen, Pflanzen, Pilzen und Bakterien synthetisiert. Hierbei besitzt die Grünalge Haematococcus pluvialis mit bis zu 4% des Trockengewichtes die höchste Kapazität Astaxanthin zu akkumulieren. Kommerziell wird natürliches Astaxanthin aus H. pluvialis als pharmazeutisch-funktionelles Lebensmittel für den Menschen und hauptsächlich als Färbemittel in der Aquakultur verwendet. Aufgrund hoher Produktionskosten von natürlichem Astaxanthin aus H. pluvialis wird der kommerzielle Astaxanthinmarkt von dem synthetischen Analogon dominiert. Da jedoch die Nachfrage für natürliches Astaxanthin stetig steigt, laufen die Bestrebungen zur Verbesserung von Massenkultursystemen für H. pluvialis, insbesondere auf technischer Ebene, auf Hochtouren, um die Produktionskosten zu senken und damit die Konkurrenzfähigkeit von natürlichem Astaxanthin auf dem Carotenoidmarkt zu erhöhen. Der Fokus dieser Doktorarbeit liegt auf der Verbesserung der H. pluvialis Produktivität auf biologischer Ebene, nämlich durch Selektion und genetische Manipulation eines effizienten H. pluvialis Stammes. Hierfür wurden 26 Stämme mit geographisch unterschiedlicher Herkunft im Mikromaßstab analysiert. Schnell wachsende Stämme wurden entweder verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, um die Astaxanthinproduktion zu induzieren, oder durch EMS Mutagenese manipuliert, um sowohl das Wachstum als auch die Astaxanthinproduktion zu verbessern. Zudem wurden phylogenetische Analysen durchgeführt. Die Versuchsansätze im Mikromaßstab konnten sowohl für das Selektieren effizient wachsender Stämme als auch für das Selektieren von Stressfaktoren für eine effiziente Astaxanthinproduktion erfolgreich eingesetzt werden. Hierbei wurden fünf effizient wachsende Stämme mit einem maximalen AUCexp / AUCtotal Verhältnis von 100% identifiziert: H. pluvialis CCAC Stämme 0055, 2072, 3305, 3319 und SAG 34-1n. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine Kombination aus Phosphatmangel und Salzstress (0.8% NaCl) die Astaxanthinproduktion effizient steigern kann: eine finale Astaxanthinkonzentration von 51 µg mL-1 auf absoluter Ebene und 204 pg Zelle-1 auf zellulärer Ebene konnten erzielt werden. Grundsätzlich konnte die finale Astaxanthinkonzentration bei einer Salzkonzentration von 0.3% und 0.5% deutlich gesteigert werden. Ob eine weitere Steigerung der Astaxanthinproduktion zwischen einer Salzkonzentration von 0.3% bis 0.5% möglich ist, müsste in zukunftigen Analysen untersucht werden. Im Versuchsansatz zur Optimierung eines H. pluvialis Stammes durch EMS Mutagenese konnten keine Mutanten generiert werden, die in ihrem Wachstum oder in ihrer Astaxanthinproduktion im positive Sinne übermäßig verändert waren. Zukünftig könnten physikalische und chemische Mutagenesen kombiniert werden, um den Erfolg zu steigern. Die phylogenetischen Analysen ergaben, dass H. pluvialis eine monophyletische Gruppe ist und dass die physiologischen Differenzen möglicherweise auf verschiedene Ökotypen zurück zu führen sind. Insgesamt erwies sich das Screenen von H. pluvialis Stämmen für effizientes Wachstum und effiziente Astaxanthinproduktion im Mikromaßstab als attraktive, zeit- und platzsparende Alternative zu den üblicherweise eingesetzten Methoden

The genome of <i>Prasinoderma coloniale</i> unveils the existence of a third phylum within green plants

Genome analysis of the pico-eukaryotic marine green algaPrasinoderma colonialeCCMP 1413 unveils the existence of a novel phylum within green plants (Viridiplantae), the Prasinodermophyta, which diverged before the split of Chlorophyta and Streptophyta. Structural features of the genome and gene family comparisons revealed an intermediate position of theP. colonialegenome (25.3 Mb) between the extremely compact, small genomes of picoplanktonic Mamiellophyceae (Chlorophyta) and the larger, more complex genomes of early-diverging streptophyte algae. Reconstruction of the minimal core genome of Viridiplantae allowed identification of an ancestral toolkit of transcription factors and flagellar proteins. Adaptations ofP. colonialeto its deep-water, oligotrophic environment involved expansion of light-harvesting proteins, reduction of early light-induced proteins, evolution of a distinct type of C(4)photosynthesis and carbon-concentrating mechanism, synthesis of the metal-complexing metabolite picolinic acid, and vitamin B-1, B(7)and B(12)auxotrophy. TheP. colonialegenome provides first insights into the dawn of green plant evolution. Genome analysis of the pico-eukaryotic marine green algaPrasinoderma colonialeCCMP 1413 unveils the existence of a novel phylum within green plants (Viridiplantae), the Prasinodermophyta, which diverged before the split of Chlorophyta and Streptophyta

General health status of children with asthma during the COVID-19 pandemic

Background Since the COVID-19 pandemic became a serious health concern globally, patients with chronic diseases have required close attention with regard to general risks and individual treatment. We aimed to reveal the general health status of pediatric asthmatic patients during the pandemic, considering the role of household factors in parental attitudes

Relation of HLA-DRB1 to IgG4 autoantibody and cytokine production in muscle-specific tyrosine kinase myasthenia gravis (MuSK-MG)

A small subset of myasthenia gravis (MG) patients develop autoantibodies against muscle-specific kinase (MuSK), which are predominantly of the immunoglobulin (Ig)G4 isotype. MuSK-MG is strongly associated with HLA-DRB1*14, HLA-DRB1*16 and HLA-DQB1*05. In this study, the possible effects of these HLA associations on MuSK IgG autoantibody or cytokine production were investigated. Samples from 80 MG patients with MuSK antibodies were studied. The disease-associated HLA types were screened in the DNA samples. The IgG1, IgG2, IgG3 and IgG4 titres of the MuSK antibodies and the levels of interleukin (IL)-4, IL-6, IL-17A and IL-10 were measured in the sera. Comparisons were made among the groups with or without HLA-DRB1*14, HLA-DRB1*16 or HLA-DQB1*05. The IgG4 titres of the MuSK antibodies were higher than those of the IgG1, IgG2 and IgG3 isotypes among the whole group of patients. DRB1*14 (+) DRB1*16 (–) patients had higher levels of IgG4 antibodies than those of DRB1*14 (–) DRB1*16 (+) patients. DRB1*14 (+) DRB1*16 (+) patients also had higher levels of IgG4 antibodies than those of DRB1*14 (–) DRB1*16 (+) and DRB1*14 (–) DRB1*16 (–) patients. Higher IL-10 and lower IL-17A levels were measured in DRB1*14 (+) DRB1*16 (–) patients than in DRB1*14 (–) DRB1*16 (–) patients. The higher IgG4 titres of MuSK autoantibodies in patients carrying HLA-DRB1*14 than those in the other patients suggest a role for HLA in the production of the antibodies. The differences in IL-10 and IL-17A support the role of DRB1 in the etiopathogenesis of this autoimmune response.Istanbul Universit

One thousand plant transcriptomes and the phylogenomics of green plants

Abstract: Green plants (Viridiplantae) include around 450,000–500,000 species1, 2 of great diversity and have important roles in terrestrial and aquatic ecosystems. Here, as part of the One Thousand Plant Transcriptomes Initiative, we sequenced the vegetative transcriptomes of 1,124 species that span the diversity of plants in a broad sense (Archaeplastida), including green plants (Viridiplantae), glaucophytes (Glaucophyta) and red algae (Rhodophyta). Our analysis provides a robust phylogenomic framework for examining the evolution of green plants. Most inferred species relationships are well supported across multiple species tree and supermatrix analyses, but discordance among plastid and nuclear gene trees at a few important nodes highlights the complexity of plant genome evolution, including polyploidy, periods of rapid speciation, and extinction. Incomplete sorting of ancestral variation, polyploidization and massive expansions of gene families punctuate the evolutionary history of green plants. Notably, we find that large expansions of gene families preceded the origins of green plants, land plants and vascular plants, whereas whole-genome duplications are inferred to have occurred repeatedly throughout the evolution of flowering plants and ferns. The increasing availability of high-quality plant genome sequences and advances in functional genomics are enabling research on genome evolution across the green tree of life