Vývoj a analýza nových mutantních linií mořských řas s využitím moderních šlechtících metod

Bc. Michal Hubáček

Master's thesis

Development and analysis of seawater microalgae novel mutant lines using modern breeding methods

Abstract:

Mikrořasy jsou jednobuněčné organismy produkující velkou řadu cenných molekul, mezi které patří pigmenty, mastné kyseliny, antioxidanty nebo enzymy. Tyto molekuly nacházejí využití například ve farmaceutickém průmyslu či při produkci biopaliv. Mikrořasy jsou udržitelným zdrojem těchto molekul a často jsou zmiňovány v souvislosti s bio-ekonomikou. Avšak ekonomická konkurenceschopnost řasových biotechnologií nadále zůstává otázkou. Pouze část ze známých druhů byla doposud charakterizována a kultivována. Jedním z nich je Nannochloropsis sp., která je taktéž jedním z modelových organismů pro studium mikrořas. Díky své robustnosti a známé sekvenci jejího genomu je vhodným kandidátem pro studie snažící se o vylepšení jejích vlastností. Jedním z cílů těchto studií je učinit kultivaci mikrořas ekonomicky konkurenceschopnou. Pro tuto diplomovou práci byly vybrány dva přístupy k vylepšení vlastností mikrořas z hlediska produkce mastných kyselin. Prvním je využití knihovny inzerčních mutantů a vyhledávání zajímavého fenotypu a druhým pak cílené metabolické inženýrství. Oba přístupy se osvědčily jako účinné a schopné dát za vznik liniím s vylepšenými vlastnostmi. Tyto nové linie vykazují významnou změnu v obsahu mastných kyselin ve srovnání s originální linií. K nasazení těchto linií do průmyslových aplikací je ještě daleko a je potřeba dalšího výzkumu. Pro účely této práce byl vyvinut protokol pro detekci obsahu mastných kyselin s využitím fluorescenčních barviv a FACS. Zmiňovaný protokol lze aplikovat i na jiné druhy mikrořas při obdobných studiích.

Abstract:

Microalgae are unicellular organisms capable of producing different high-value compounds such as pigments, fatty acids, antioxidants or enzymes. These molecules can be used in the pharmaceutical industry or to produce biofuel. Furthermore, microalgae are a sustainable source of these molecules and are often mentioned when the biobased economy is being discussed. Economic feasibility is usually considered as an issue for the extensive use of microalgal biotechnology. Additionally, only a fraction of all microalgal species have been characterised and cultivated. Nannochloropsis sp. is one of the few that have been studied and became one of the model organisms for biofuel applications. Its robustness and known genome sequence make it a suitable candidate for strain-improvement studies aiming to make microalgal cultivation economically sustainable. In this thesis, two approaches to strain improvement were chosen with the focus on fatty acid production; screening of random insertion mutant library and targeted metabolic engineering for increased lipid content. Both approaches have been proven to be successful and resulted in an improved microalgal strain. Their fatty acid profile was examined, and results showed a significant change in comparison to the wild-type. However, more work is necessary before they can be used in an industrial application. In addition to these novel strains, a methodology for detection of the lipid content of single cells using fluorescent dyes and fluorescence-activated cell sorting was developed. This method can be potentially applied to other microalgal strains as well.

Keywords

mikrořasy, Nannochloropsis, biopaliva, FACS, metabolické inženýrství, reverzní beta-oxidace, microalgae, biofuels, metabolic engineering, reversed beta-oxidation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 10. 7. 2020
• Supervisor: Ing. Jan Červený, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Ondřej Prášil, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Molecular Biology and Genetics