Каротиносинтезувальні дріжджі як модельні організми для біоіндикації солей купруму (ІІ) у водних екосистемах

Abstract

Пігменти, які синтезуються дріжджами, є важливою індикаційною ознакою, оскільки інтенсивність їх кольору та концентрація змінюються залежно від концентрації і типу забруднень. У цьому контексті дослідження впливу важких металів, таких як Купрум (II), на синтез каротиноїдів у дріжджах набуває особливого значення, оскільки дозволяє використовувати їх як біоіндикатори забруднення води важкими металами. У роботі досліджено вплив солей Купруму (ІІ) на синтез каротиноїдних пігментів у дріжджів Rhodotorula glutinis УКМ- 1333 та Rhodosporidium sphaerocarpum УКМ-44. Проведено спектрофотометричне визначення концентрації каротиноїдів у клітинах дріжджів та встановлено сильний кореляційний зв’язок (r = 0,8; p<0,05) між візуальною оцінкою кольору колоній і концентрацією β-каротину, що підтверджує ефективність візуальної оцінки як методу біоіндикації. Виявлено, що концентрація β-каротину у контрольних зразках була в 1,6 раза вищою у R. sphaerocarpum (0,268 мкг/см³) ніж у Rh. glutinis (0,179 мкг/см³). Іони Купруму (ІІ) у складі солей CuCl₂·2H₂O, CuSO₄·5H₂O та Cu(NO₃)₂ спричиняли дозозалежне пригнічення пігментоутворення. Для Rh. glutinis мінімальні концентрації йонів Cu²⁺, за яких повністю блокувався синтез каротиноїдів, становили 200–300 мг/дм³ для CuCl₂·2H₂O, 300 мг/дм³ – для CuSO₄·5H₂O та 100 мг/дм³ – для Cu(NO₃)₂. Дріжджі R. sphaerocarpum показали більшу стійкість до дії солей Купруму у порівнянні з Rh. glutinis. Повне припинення синтезу пігментів за дії CuCl₂·2H₂O та Cu(NO₃)₂ спостерігалося за концентрації 400 і 300 мг/дм³ йонів Купруму (ІІ), відповідно. Найбільш токсичною сполукою для обох видів дріжджів була Cu(NO₃)₂, але повністю культура R. sphaerocarpum втрачала здатність до утворення пігментів за концентрації Cu²⁺ 300 мг/дм3. Дослідження підтвердило, що візуальна оцінка пігментоутворення є надійним методом для оцінки впливу важких металів, таких як Купрум (ІІ), на каротиносинтезувальні дріжджі Rh. glutinis та R. sphaerocarpum. Перспективою подальших досліджень є вивчення дозозалежного впливу інших солей важких металів на синтез каротиноїдних пігментів дріжджів різних видів, що дозволить розширити спектр біоіндикаторів стану водних екосистем. The pigments synthesized by yeast are an important indicator feature, as their color intensity and concentration change depending on the concentration and type of contaminants. In this context, the study of the effect of heavy metals, such as Cu (II), on the synthesis of carotenoids in yeast is of particular importance, as it allows them to be used as bioindicators of water pollution by heavy metals. The influence of Cu (II) salts on the synthesis of carotenoid pigments in the yeasts Rhodotorula glutinis UKM-1333 and Rhodosporidium sphaerocarpum UKM-44 was studied. The spectrophotometric determination of carotenoid concentration in yeast cells was performed, and a strong correlation (r = 0.8; p<0.05) was found between the visual assessment of colony color and β-carotene concentration, which confirms the effectiveness of visual assessment as a bioindication method. It was found that the concentration of β-carotene in the control samples was 1.6 times higher in R. sphaerocarpum (0.268 μg/cm³) than in Rh. glutinis (0.179 μg/cm³). Copper (II) ions in the composition of CuCl₂-2H₂O, CuSO₄-5H₂O and Cu(NO₃)₂ salts caused a dose-dependent inhibition of pigment formation. For Rh. glutinis, the minimum concentrations of Cu²⁺ ions at which the synthesis of carotenoids was completely blocked were 200-300 mg/dm³ for CuCl₂-2H₂O, 300 mg/dm³ for CuSO₄-5H₂O, and 100 mg/dm³ for Cu(NO₃)₂. The yeast R. sphaerocarpum showed greater resistance to the action of Cu salts compared to Rh. glutinis. The complete cessation of pigment synthesis under the influence of CuCl₂-2H₂O and Cu(NO₃)₂ was observed at a concentration of 400 and 300 mg/dm³ of Cu(II) ions, respectively. The most toxic compound for both species of yeast was Cu(NO₃)₂, but the culture of R. sphaerocarpum completely lost the ability to form pigments at a concentration of 300 mg/dm3 of Cu(II) ions. The study confirmed that visual assessment of pigment formation is a reliable method for assessing the effect of heavy metals, such as Cu (II), on carotenoid-synthesizing yeasts Rh. glutinis and R. sphaerocarpum. The prospect of further research is to study the dose-dependent effect of other heavy metal salts on the synthesis of carotenoid pigments in yeasts of other species, which will expand the range of bioindicators of the state of aquatic ecosystems.