Проблемы и перспективы использования цианобактерий (обзор)
- Авторы: Поляк Ю.М.1, Сухаревич В.И.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук –Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук
- Выпуск: № 1 (2023)
- Страницы: 44-52
- Раздел: ФИТОПЛАНКТОН, ФИТОБЕНТОС, ФИТОПЕРИФИТОН
- URL: https://journals.rcsi.science/0320-9652/article/view/134883
- DOI: https://doi.org/10.31857/S032096522301014X
- EDN: https://elibrary.ru/KTGCOC
- ID: 134883
Цитировать
Аннотация
Настоящий обзор посвящен цианобактериям и их метаболитам с полезными для человека свойствами. Метаболиты цианобактерий отличаются уникальным многообразием. Многие из них проявляют антибактериальную, антифунгальную, противоопухолевую, иммуносупрессивную и антиоксидантную активность. Обсуждаются проблемы и перспективы использования цианобактерий и биологически активных продуктов их метаболизма. Рассматриваются вопросы получения лекарственных препаратов и других ценных продуктов (пигментов, ферментов, аминокислот, витаминов, разлагаемого пластика), оценивается потенциал цианобактерий как источника биотоплива.
Ключевые слова
Об авторах
Ю. М. Поляк
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук –Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: yuliapolyak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
В. И. Сухаревич
Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук –Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук
Email: yuliapolyak@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Андреева Н.А., Мельников В.В., Снарская Д.Д. 2020. Роль цианобактерий в морских экосистемах // Биология моря. Т. 46. № 3. С. 161.
- Белых О.И., Тихонова И.В., Кузьмин А.В. и др. 2020. Токсин-продуцирующие цианобактерии в озере Байкал и водоемах Байкальского региона // Теор. и прикл. экология. № 1. С. 21.
- Дидович С.В., Москаленко С.В., Темралеева А.Д. и др. 2017. Биотехнологический потенциал почвенных цианобактерий (обзор) // Вопросы соврем. альгологии. № 2(14). http://algology.ru/1170
- Кокшарова О.А. 2008. Цианобактерии: перспективные объекты научного исследования и биотехнологии // Успехи соврем. биологии. Т. 128. № 1. С. 3.
- Кучмий А.А., Ефимов Г.А., Недоспасов С.А. 2012. Методы молекулярной визуализации in vivo // Биохимия. Т. 77. № 12. С. 1603.
- Макеева Е.Г., Осипова Н.В. 2022. Водоросли соленого оз. Алтайское (Республика Хакасия): таксономический состав и экологические особенности // Биология внутр. вод. № 2. С. 118. https://doi.org/10.31857/S0320965222020073
- Немцева Н.В., Мамедова Э.И., Немцева Е.К. 2019. Противоопухолевая активность некоторых метаболитов цианобактерий и перспективы их практического использования // Бюллетень Оренбургского науч. центра УрО РАН. № 2. С. 1. https://doi.org/10.24411/2304-9081-2019-12002
- Поляк Ю.М. 2015. Азольные соединения как фактор воздействия на массовые виды цианобактерий // Вода: химия и экология. № 12. С. 10.
- Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. 2017. Токсигенные цианобактерии: распространение, регуляция синтеза токсинов, способы их деструкции // Вода: химия и экология. № 11–12. С. 125.
- Поляк Ю.М., Cухаревич В.И. 2019. Бентосные цианобактерии: особенности роста, физиологии и токсинообразования // Регион. экология. № 2(56). С. 57.
- Cухаревич В.И., Поляк Ю.М. 2020. Глобальное распространение цианобактерий: причины и последствия (обзор). Биология внутр. вод. № 6. С. 562.https://doi.org/10.31857/S0320965220060170
- Abushelaibi A.A., Al Shamsi M.S., Afifi H.S. 2012. Use of antimicrobial agents in food processing systems // Recent Pat. Food. Nutr. Agric. V. 4. P. 2.
- Adiv S., Carmeli S. 2013. Protease inhibitors from Microcystis aeruginosa bloom material collected from the Dalton reservoir, Israel // J. Nat. Prod. V. 76. P. 2307.
- Almaliti J., Malloy K.L., Glukhov E. et al. 2017. Antiparasitic cyclic depsipeptides from the marine cyanobacterium Moorea producens // J. Nat. Prod. V. 80. P. 1827.
- Angermayr S.A., Hellingwerf K.J., Lindblad P. et al. 2009. Energy biotechnology with cyanobacteria // Curr. Opin. Biotech. V. 20. № 3. P. 257.
- Barka A., Blecker C. 2016. Microalgae as a potential source of single-cell proteins. A review // Biotechnol. Agron. Soc. Environ. V. 20. № 3. P. 427.
- Burford M.A., Carey C.C., Hamilton D.P. et al. 2020. Perspective: Advancing the research agenda for improving understanding of cyanobacteria in a future of global change // Harmful Algae. V. 910. 101601.
- Chorus I., Falconer I.R., Salas H.J., Bartram J. 2000. Health risks caused by freshwater cyanobacteria in recreational waters // J. Toxicol. Environ. Health B Crit. Rev. V. 3. P. 323.
- Conde T.A., Neves B.F., Couto D. et al. 2021. Microalgae as sustainable bio-factories of healthy lipids: Evaluating fatty acid content and antioxidant activity // Mar. Drugs. V. 19. № 7. 357.
- Costa M.S., Rego A., Ramos V. et al. 2016. The conifer biomarkers dehydroabietic and abietic acids are widespread in Cyanobacteria // Sci. Rep. V. 6. 23436.
- De Oliveira D.T., da Costa A.A.F., Costa F.F. et al. 2020. Advances in the biotechnological potential of Brazilian marine microalgae and cyanobacteria // Molecules. V. 25. 2908.
- Demay J., Bernard C., Reinhardt A., Marie B. 2019. Natural products from cyanobacteria: Focus on beneficial activities // Mar. Drugs. V. 17. № 6. 320.
- Dos Santos Alves Figueiredo Brasil B., de Siqueira F.G., Chan Salum T.F. et al. 2017. Microalgae and cyanobacteria as enzyme biofactories // Algal Res. V. 25. P. 76.
- El-Deeb N.M. 2016. Cyanobacterial toxin cylindrospermopsin: It’s possible pathway from poisoning to cancer curing // Austin Biomol Open Access. V. 1. № 2. 1009.
- Farrokh P., Sheikhpour M., Kasaeian A. et al. 2019. Cyanobacteria as an eco-friendly resource for biofuel production: A critical review // Biotechnol. Prog. V. 35. № 5. e2835.
- Gesner-Apter S., Carmeli S. 2008. Three novel metabolites from a bloom of the cyanobacterium Microcystis sp. // Tetrahedron V. 64. P. 6628.
- Gupta V., Natarajan C., Kumar K. et al. 2011. Identification and characterization of endoglucanases for fungicidal activity in Anabaena laxa (Cyanobacteria) // J. Appl. Phycol. V. 23. P. 73.
- Gupta V., Ratha S.K., Sood A. et al. 2013. New insights into the biodiversity and applications of cyanobacteria (blue-green algae) – prospects and challenges // Algal Res. V. 2. № 2. P. 79.
- Harada K., Fujii K., Shimada T. et al. 1995. Two cyclic peptides, anabaenopeptins, a third group of bioactive compounds from the cyanobacterium Anabaena flos-aquae NRC 525-17 // Tetrahedron Lett. V. 36. № 9. P. 1511.
- Hauer T., Komarek J. 2021. CyanoDB 2.0 – On-line database of cyanobacterial genera. World-wide electronic publication, Univ. of South Bohemia & Inst. of Botany AS CR, http://www.cyanodb.cz.
- Hicks M., Tran-Dao T.-K., Mulroney L., Bernick D.L. 2021. De-novo assembly of Limnospira fusiformis using ultra-long reads // Front. Microbiol. V. 12. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.657995
- Hillwig M.L., Zhu Q., Liu X. 2014. Biosynthesis of ambiguine indole alkaloids in cyanobacterium Fischerella ambigua // ACS Chem. Biol. V. 9. P. 372.
- Hong J., Luesch H. 2012. Largazole: from discovery to broad-spectrum therapy // Nat. Prod. Rep. V. 29. № 4. P. 449.
- Huang I.S., Zimba P.V. 2019. Cyanobacterial bioactive metabolites – A review of their chemistry and biology // Harmful Algae. V. 83. P. 42.
- Iwasaki A., Shiota I., Sumimoto S. et al. 2017. Kohamamides A, B, and C, Cyclic depsipeptides from an Okeania sp. marine cyanobacterium // J. Nat. Prod. V. 80. P. 1948.
- Jain S., Prajapat G., Abrar M. et al. 2017. Cyanobacteria as efficient producers of mycosporine-like amino acids. J // Basic Microbiol. V. 57(9). P. 715.
- Jodlbauer J., Rohr T., Spadiut O., Mihovilovic M.D., Rudroff F. 2021. Biocatalysis in green and blue: Cyanobacteria // Trends Biotechnol. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.12.009
- Kim H., Lantvit D., Hwang C.H. et al. 2012. Indole alkaloids from two cultured cyanobacteria, Westiellopsis sp. and Fischerella muscicola // Bioorg. Med. Chem. V. 20. P. 5290.
- Koch M., Bruckmoser J., Scholl J. et al. 2020. Maximizing PHB content in Synechocystis sp. PCC 6803: a new metabolic engineering strategy based on the regulator PirC // Microb. Cell Fact. V. 19. P. 231.
- Komarek J., Kaštovský J., Mareš J., Johansen J.R. 2014. Taxonomic classification of cyanoprokaryotes (cyanobacterial genera) 2014, using a polyphasic approach // Preslia. V. 86. P. 295.
- Kosourov S., Seibert M. 2009. Hydrogen photoproduction by nutrient deprived Chlamydomonas reinhardtii cells immobilized within thin alginate films under aerobic and anaerobic conditions // Biotech. Bioeng. V. 102. № 1. P. 50.
- Kulik M.M. 1995. The potential for using cyanobacteria (blue-green algae) and algae in the biological control of plant pathogenic bacteria and fungi // Eur. J. Plant Pathol. V. 101. № 6. P. 585.
- Li M., Han P., Mao Z.Y. et al. 2016. Studies toward asymmetric synthesis of hoiamides A and B // Tetrahedron Lett. V. 57. P. 5620.
- Matsunaga T., Sudo H., Takemasa H. et al. 1996. Sulfated extracellular polysaccharide production by the halophilic cyanobacterium Aphanocapsa halophytia immobilized on light-diffusing optical fibers // Appl. Microbiol. Biotech. V. 45. № 1–2. P. 24.
- Meickle T., Matthew S., Ross C., Luesch H., Paul V. 2009. Bioassay-guided isolation and identification of desacetylmicrocolin B from Lyngbya cf. polychroa // Planta Med. V. 75. P. 1427.
- Melis A., Zhang L., Forestier M. et al. 2000. Sustained photobiological hydrogen gas production upon reversible inactivation of oxygen evolution in the green alga Chlamydomonas reinhardtii // Plant Physiol. V. 122. № 1. P. 127.
- Mi Y., Zhang, J., He S., Yan X. 2017. New peptides isolated from marine cyanobacteria, an overview over the past decade // Mar. Drugs V. 15. P. 132.
- Mühlsteinová R., Hauer T., De Ley P., Pietrasiak N. 2018. Seeking the true Oscillatoria: a quest for a reliable phylogenetic and taxonomic reference point // Preslia. V. 90. P. 151.
- Nandagopal P., Steven A.N., Chan L.W. et al. 2021. Bioactive metabolites produced by cyanobacteria for growth adaptation and their pharmacological properties // Biology (Basel). V. 10. № 10. P. 1061.
- Oliver N.J., Rabinovitch-Deere C.A., Carroll A.L. et al. 2016. Cyanobacterial metabolic engineering for biofuel and chemical production // Curr. Opin. Chem. Biol. V. 35. P. 43.
- Pancrace C., Jokela J., Sassoon N. et al. 2017. Rearranged biosynthetic gene cluster and synthesis of hassallidin in Planktothrix serta PCC 8927 // ACS Chem. Biol. V. 12. P. 1796.
- Parmar A., Singh N.K., Pandey A. et al. 2011. Cyanobacteria and microalgae: a positive prospect for biofuels // Bioresour. Technol. V. 102. № 22. P. 10163.
- Pathak J., Pandey A., Maurya P.K. et al. 2020. Cyanobacterial secondary metabolite scytonemin: A potential photoprotective and pharmaceutical compound // Proc. Natl. Acad. Sci., India, Sect. B Biol. Sci. V. 90. P. 467.
- Pisciotta J.M., Zou Y., Baskakov I.V. 2010. Light-dependent electrogenic activity of cyanobacteria // PloS ONE. V. 5. № 5. e10821.
- Prasanna R., Sood A., Suresh A., Nayak S., Kaushik B. 2007. Potentials and applications of algal pigments in biology and industry // Acta Botanica Hungarica. V. 49(1–2). P. 131.
- Prasanna R., Sood A., Jaiswal P. et al. 2010. Rediscovering cyanobacteria as valuable sources of bioactive compounds (Review) // Appl. Biochem. Microbiol. V. 46. P. 119.
- Polyak Yu.M., Sukharevich V.I. 2020. Role of cyanobacteria in producing of the odor compounds and their impact on organoleptic properties of water // Hydrobiol. J. (Engl. Transl.). V. 56. № 5. P. 51.
- Rajneesh R., Singh S.P., Pathak J., Sinha R.P. 2017. Cyanobacterial factories for the production of green energy and value-added products: An integrated approach for economic viability // Renewable Sustainable Energy Rev. V. 69. P. 578.
- Sadvakasova A.K., Kossalbayev B.D., Zayadan B.K. et al. 2020. Bioprocesses of hydrogen production by cyanobacteria cells and possible ways to increase their productivity // Renewable Sustainable Energy Rev. V. 133. 110 054.
- Saini D.K., Pabbi S., Shukla P. 2018. Cyanobacterial pigments: Perspectives and biotechnological approaches // Food Chem. Toxicol. V. 120. P. 616.
- Sheng J., Vannela R., Rittmann B. 2012. Disruption of Synechocystis PCC 6803 for lipid extraction // Water Sci. Technol. V. 65. № 3. P. 567.
- Sung S.Y., Sin L.T., Tee T.T. et al. 2013. Antimicrobial agents for food packaging applications // Trends Food Sci. Technol. V. 33. P. 110.
- Tan L.T., Goh B.P.L., Tripathi A. et al. 2010. Natural antifoulants from the marine cyanobacterium Lyngbya majuscule // Biofouling. V. 26. P. 685.
- Thuan N.H., An T.T., Shrestha A. et al. 2019. Recent advances in exploration and biotechnological production of bioactive compounds in three cyanobacterial genera: Nostoc, Lyngbya and Microcystis // Front. Chem. V. 7. P. 604. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00604
- Vestola J., Shishido T.K., Jokela J. et al. 2014. Hassallidins, antifungal glycolipopeptides, are widespread among cyanobacteria and are the end-product of a nonribosomal pathway // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 111. E1909–E1917.
- Vijayakumar S., Menakha M. 2015. Pharmaceutical applications of cyanobacteria – A review // J. Acute Medicine. V. 5. № 1. P. 15.
- Zahra Z., Choo D.H., Lee H., Parveen A. 2020. Cyanobacteria: review of current potentials and applications // Environments. V. 7. P. 13.