In Vitro Cytotoxicity and Cell Migration Activities of Lipid Extracted from Chlorella Sorokiniana Shihira & R.W.Krauss Exposed to Nitrogen Stress

Öz

Microalgae are used as raw materials in many areas thanks to their valuable biochemical contents. Different environmental conditions significantly affect the biochemical composition of microalgae, and in case of stress, changes are observed in events such as photosynthetic activity in cells, biomass productivity, or pigment formation. Nitrogen is one of the most important nutrient sources for microalgae growth, and in case of nitrogen starvation, the lipid accumulation of microalgae such as Chlorella increases significantly. Although there have been many different studies on the potential use of biochemical components of microalgae, information about the effects and mechanisms of algal oils on wound healing is very limited. Wounds are an important public health problem and carry the risk of infection. New and effective natural alternatives are needed due to reasons such as the long time required for the repair of damaged skin, side effects of existing drugs, or causing allergies or resistance. In this study, the oil produced by C. sorokiniana microalgae in the case of nitrogen starvation and the oils produced in the environment of the control group without nitrogen deprivation were extracted. The in vitro cytotoxic effects of both oils at eight different concentrations (500, 250, 125, 62.5, 31.25, 15.62, 7.81, 3.90 µg/mL) on the viability of the L929 fibroblast cell line were investigated. No toxic effects were found at any dose studied, and the most effective and lowest dose that increased vitality was determined to be 15.62 µg/ml. In vitro cell stratching test results revealed that the wound gap closed gradually in the control group, and the oil extract extracted in the case of nitrogen starvation significantly accelerated wound closure over time. It is important to elucidate the therapeutic potential of these oils with further studies and to explain the changes in the oil composition of microalgae in case of stress with advanced analyses.

Anahtar Kelimeler

• Chlorella sorokiniana
• nitrogen starvation
• lipid accumulation
• wound healing

Azot Stresine Maruz Kalan Chlorella Sorokiniana Shihira & R.W.Krauss 'dan Ekstrakte Edilen Yağın Yara İyileştirme Özelliklerinin Değerlendirilmesi

Öz

Özet: Mikroalgler sahip oldukları değerli biyokimyasal içerikleri sayesinde birçok alanda hammadde olarak kullanılmaktadır. Farklı çevre koşulları mikroalglerin biyokimyasal kompozisyonunu önemli ölçüde etkilemektedir ve stres durumunda hücrelerdeki fotosentetik aktivite, biyokütle verimliliği, ya da pigment oluşumu gibi olaylarda değişiklikler gözlenir. Nitrojen, mikroalg gelişimi için en önemli besin kaynaklarından biridir ve nitrojen açlığı durumunda Chlorella gibi mikroalglerin lipid birikimini önemli ölçüde artar. Şimdiye kadar mikroalglerin sahip olduğu biyokimyasal bileşenlerin kullanım potansiyeli üzerine çok farklı çalışmalar bulunmakla beraber, yara iyileşmesi üzerine algal yağların etki ve mekanizmaları hakkındaki bilgiler çok sınırlıdır. Yara önemli bir halk sağlığı sorunu olup, enfeksiyon riski taşımaktadır. Hasarlı cildin onarımı için gereken sürenin uzun olması, mevcut ilaçların yan etkileri, alerji ya da dirence yol açması gibi sebeplerle yeni ve etkili doğal alternatiflere ihtiyaç bulunmaktadır. Bu çalışmada Chlorella sorokiniana mikroalginin nitrojen açlığı durumunda ürettiği yağ ile nitrojen yoksunluğu olmayan kontrol grubuna ait ortamda ürettikleri yağlar ekstrakte edilmiştir. Her iki yağın sekiz farklı konsantrasyonda (500, 250, 125, 62.5, 31.25, 15.62, 7.81, 3.90 µg/mL) L929 fibroblast hücre hattı canlılığı üzerine in vitro sitotoksik etkileri araştırılmıştır. Çalışılan hiçbir dozda toksik etki bulunmamış, canlılığı artıran en etkili ve en düşük doz 15.62 µg/ml olarak tespit edilmiştir. İn vitro cell stratching testi sonuçları kontrol grubunda yara boşluğunun kademeli olarak kapandığını, nitrojen açlığı durumunda ekstrakte edilen yağ ekstraktının ise zamana bağlı olarak yara kapanmasını önemli ölçüde hızlandırdığını ortaya koymuştur. Bu yağların terapötik potansiyellerinin daha ileri çalışmalarla aydınlatılması ve stres durumunda mikroalglerin yağ kompozisyonlarındaki değişimlerin ileri analizlerle açıklanması önem taşımaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Chlorella sorokiniana
• nitrojen açlığı
• lipid birikimi
• yara iyileşmesi

Kaynakça

1. [1] Udayan, A., Pandey, A. K., Sharma, P., Sreekumar, N., & Kumar, S. 2021. Systems Microbiology and Biomanufacturing, 1(4), 411-431.
2. [2] Goh, B. H. H., Ong, H. C., Cheah, M. Y., Chen, W. H., Yu, K. L., & Mahlia, T. M. I. 2019. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 107, 59-74.
3. [3] Şirin, P. A., Serdar, S. 2024. Folia Microbiologica, 1-14.
4. [4] Huang, X., Huang, Z., Wen, W., & Yan, J. 2013. Journal of Applied Phycology, 25, 129-137.
5. [5] Han, D., Jia, J., Li, J., Sommerfeld, M., Xu, J., & Hu, Q. 2017. Frontiers in Marine Science, 4, 242.
6. [6] Fattore, N., Bellan, A., Pedroletti, L., Vitulo, N., & Morosinotto, T. 2021. Algal Research, 58, 102368.
7. [7] Breuer, G., de Jaeger, L., Artus, V. G., Martens, D. E., Springer, J., Draaisma, R. B., Wijffels, R.H.W & Lamers, P. P. 2014. Biotechnology for Biofuels, 7, 1-11.
8. [8] Cakmak T, Angun P, Demiray YE, Ozkan AD, Elibol Z, Tekinay T. 2012. Biotechnology and Bioengineering 109:1947–1957

9. [9] Zhang, Y. M., Chen, H., He, C. L., Wang, Q. 2013. PloS one, 8(7), e69225.
10. [10] Miguel, S. P., Ribeiro, M. P., Otero, A., & Coutinho, P. 2021. Algal Research, 58, 102395.
11. [11] Guo,, S., DiPietro, L. A. 2010. Journal of Dental Research, 89(3), 219–229.
12. [12] Rodrigues, M., Kosaric, N., Bonham, C. A., & Gurtner, G. C. 2019. Physiological Reviews, 99(1), 665–706.
13. [13] Huang, H., Lang, Y., & Zhou, M. 2024. Algal Research, 103504.
14. [14] Conde, T., Lopes, D., Łuczaj, W., Neves, B., Pinto, B., Maurício, T., Domingues, P., Skrzydlewska, E., Domingues, M. R. 2022. Metabolites, 12(2), 96.
15. [15] Conde, T., Lopes, D., Łuczaj, W., Neves, B., Pinto, B., Maurício, T., Skrzydlewska, E & Domingues, M. R. 2022. Metabolites, 12(2), 96.
16. [16] Yılmaz Öztürk, B., Yenice Gürsu, B., Koyuncu, O., Dağ. 2023. Ultrastructural Investigation of the Effects of Malathion on the Green Alga Chlorella sorokiniana Shihira & R.W. Krauss," 6th National Congress of Biological Sciences, November 3-5, Eskişehir.
17. [17] Fidan, E. C., Öztürk, B. Y., Şirin, Ü. 2018. Biyolojik Çeşitlilik ve Koruma, 11(1), 139-142.
18. [18] Rippka, R. 1988. Methods in enzymology, vol 167. Academic Press, New York, pp 3–27.
19. [19] Ren, X., Wei, C., Yan, Q., Shan, X., Wu, M., Zhao, X., Song, Y. 2021. Scientific Reports, 11(1), 20221.
20. [20] Parida, S., Bıswal, S. 2020. International Journal of Energy Applications and Technologies, 7(3), 69-73.
21. [21] Buranarom, A., Navasumrit, P., Ngaotepprutaram, T., & Ruchirawat, M. 2021. Chemico-Biological Interactions, 346, 109580.
22. [22] Galvao, J., Davis, B., Tilley, M., Normando, E., Duchen, M. R., & Cordeiro, M. F. 2014. The FASEB Journal, 8(3), 1317-1330.
23. [23] Javaid, N., Patra, M. C., Seo, H., Yasmeen, F., & Choi, S. 2020. International Journal of Molecular Sciences, 21(24), 9450.
24. [24] Park, C. M., & Xian, M. 2015. In Methods in enzymology, 554, 127-142.
25. [25] Chen, S., bin Abdul Rahim, A. A., Mok, P., Liu, D. 2023. BMC biotechnology, 23(1), 32.
26. [26] Fang, Y., Cai, Y., Zhang, Q., Ruan, R., & Zhou, T. 2024. Process Safety and Environmental Protection.
27. [27] Griffiths, M. J., & Harrison, S. T. 2009. Journal of applied phycology, 21, 493-507.
28. [28] Lv, J. M., Cheng, L. H., Xu, X. H., Zhang, L., & Chen, H. L. 2010. Bioresource technology, 101(17), 6797-6804.
29. [29] Chen, H., & Wang, Q. 2021. Biological Reviews, 96(5), 2373-2391.
30. [30] [30] Converti, A., Casazza, A. A., Ortiz, E. Y., Perego, P., Del Borghi, M. 2009. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 48(6), 1146-1151.
31. [31] Xin, L., Hong-Ying, H., & Jia, Y. 2010. New Biotechnology, 27(1), 59-63.
32. [32] Zhang, L., Liao, C., Yang, Y., Wang, Y. Z., Ding, K., Huo, D., Hou, C. 2019. Bioresource technology, 287, 121414.
33. [33] Vello, V., Chu, W. L., Lim, P. E., Majid, N. A., Phang, S. M. 2018. Journal of applied phycology, 30, 3131-3151.
34. [34] Morales, M., Aflalo, C., & Bernard, O. 2021. Biomass and Bioenergy, 150, 106108.
35. [35] Boateng, J., Matthews, K. H., Stevens, H. N. E., & Eccleston, G. M. 2008. Journal of Pharmaceutical Sciences, 97(8), 2892–2923.
36. [36] Masson‐Meyers, D. S., Andrade, T. A., Caetano, G. F., Guimaraes, F. R., Leite, M. N., Leite, S. N., & Frade, M. A. C. 2020. International journal of experimental pathology, 101(1-2), 21-37.
37. [37] Ibrahim, N. I., Wong, S. K., Mohamed, I. N., Mohamed, N., Chin, K. Y., Ima-Nirwana, S., & Shuid, A. N. 2018. International journal of environmental research and public health, 15(11), 2360.
38. [38] Kaur, M., Bhatia, S., Gupta, U., Decker, E., Tak, Y., Bali, M., Gupta, V, K., Dar, R. A & Bala, S. 2023. Phytochemistry Reviews, 22(4), 903-933.
39. [39] Negi, S., Barry, A. N., Friedland, N., Sudasinghe, N., Subramanian, S., Pieris, S., Holguin, F. O., Dungan, B., Schaub, T & Sayre, R. 2016. Journal of Applied Phycology, 28, 803-812.
40. [40] El-Sheekh, M., Bedaiwy, M., Mansour, H., & El-Shenody, R. A. 2024. Burns, 50(4), 924-935.
41. [41] Biernacki, M., Conde, T., Stasiewicz, A., Surażyński, A., Domingues, M. R., Domingues, P., & Skrzydlewska, E. 2023. International Journal of Molecular Sciences, 24(18), 14323.
42. [42] Nascimento-Neto, L.G., Carneiro, R. F., Silva, S. R., Silva, B. R., Arruda, F. V. S., Carneiro, V. A., Nascimento, K. S., Saker-Sampaio, S., Silva, V. A Jr., Porto, A. L. F., Cavada, B. S., Sampaio, A. H., Teixeira, E. H., Nagano, C. S. 2012. Marine Drugs, 10,1936–1954.
43. [43] de Melo, R. G., de Andrade, A. F., Bezerra, R. P., Viana Marques, D. de A., da Silva, V. A., Paz, S. T., de Lima Filho, J. L., & Porto, A. L. F. 2019. Journal of Applied Phycology, 31(6).