Characterization of biological effects of extracts obtained from yeasts and autotrophic microorganisms

Karotenogenní kvasinky a mikroskopické autotrofní mikroorganismy jsou v oblasti biotechnologického průmyslu stále více zkoumány, protože jsou schopny produkovat řadu látek se širokým spektrem využití. Mezi tyto látky patří především lipidy a karotenoidy, které nachází uplatnění v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Cílem této bakalářské práce je zjistit, jak se budou tyto mikroorganismy chovat v přítomnosti stresových faktorů, a které z těchto stresů budou mít pozitivní vliv na produkci metabolitů, které lze dále využívat v různých odvětvích průmyslu. V teoretické části je vypracována charakterizace látek produkovaných karotenogenními kvasinkami, sinicemi a mikrořasami, které budou dále zkoumány v experimentální části. Mezi tyto metabolity patří především karotenoidy, což je široká skupina přirozeně se vyskytujících barviv, které mimo jiné vykazují antioxidační a provitamínovou aktivitu. Neméně významné látky produkované těmito organismy jsou lipidy, které jsou součástí buněčných membrán, slouží jako zásobárna energie a látky v lipidech obsažené jsou součástí prekurzorů mnoha hormonů. V buněčných stěnách kvasinek jsou také obsaženy -glukany, přičemž zájem o výzkumu jejich vlivu na imunutu stále roste. Dále jsou zmíněny analytické metody použité ke stanovení těchto látek a v neposlední řadě i stresové faktory a jejich efekty na buňky zmiňovaných organismů. Experimentální část se zabývá vystavením těchto mikroorganismů oxidačnímu stresu a stresu vyvolaného těžkými kovy. Cílem bylo tedy zjistit, jaké koncentrace těchto stresových faktorů jsou pro mikroorganismy smrtelné, a jaké jsou optimální pro zvýšení produkce výše zmíněných látek. Z kmenů kvasinek dosahovaly zvýšené produkce metabolitů kmeny Sporidiobolus pararoseus a Rhodotorula mucilaginosa vlivem selenanových iontů. Naopak kobalt projevil příznivý vliv pouze na akumulaci lipidů v buňkách a -glukanů. Pozitivní vliv selenu se také projevil u kmene Chlorella minutissima a Arthrospira maxima, nicméně nejvyšších změn v produkci metabolitů bylo dosaženo přídavkem optimální koncentrace roztoku indukujícího oxidační stres.Carotenogenic yeasts and microscopic autotrophic microorganisms are increasingly being studied in the biotechnology industry because of their ability to produce a variety of substances with a wide range of utilization. These substances mainly include lipids and carotenoids, which are used in the food and pharmaceutical industries. The aim of this bachelor thesis is to determine the way these microorganisms behave in the presence of stress factors, and which of them would have a positive effect on the production of metabolites that can be further used in various industries. The theoretical part is dedicated to a characterization of substances produced by carotenogenic yeasts, cyanobacteria and microalgae, which will be further analyzed in the experimental part. The metabolites mainly include carotenoids, which are a wide group of naturally occurring pigments that possess, among other things, antioxidant and provitamin activity. No less important substances produced by these organisms are lipids, which are part of cell membranes, they also serve as a reservoir of energy, and the substances contained in lipids are part of the precursors of many hormones. Yeast cell walls also contain -glucans, which have many beneficial effects on immunity and human health. Due to this fact, interest in their research have been rising recently. The analytical methods used to determine these substances are also mentioned, as well as stress factors and their effects on the cells of the mentioned organisms. The experimental part deals with the exposure of these microorganisms to oxidative stress and stress caused by heavy metals. The aim was to analyze which concentrations of these stress factors are lethal to microorganisms, and which of them are optimal for increase of the production of the above-mentioned substances. Of the yeast strains, the strains Sporidiobolus pararoseus and Rhodotorula mucilaginosa achieved increased production of metabolites due to selenate ions. In contrast, cobalt had a beneficial effect only on the accumulation of lipids and -glucans in cells. The positive effect of selenium was also observed in the strain Chlorella minutissima and Arthrospira maxima, however, the most remarkable changes in the production of metabolites were achieved by the addition of the optimal concentration of the solution inducing oxidative stress.