В новом исследовании учёные Национального научного центра морской биологии им. А. В. Жирмунского Дальневосточного отделения РАН охарактеризовали липидом бурой водоросли ундарии, известной также как вакаме, и определили пути биосинтеза различных видов молекул липидов в бурых водорослях. Результаты опубликованы в журнале Marine Drugs. Авторами впервые определено более 900 молекулярных видов в 12 структурных липидах, составляющих основу клеточных мембран водорослей, и 1 запасном липиде, служащим резервуаром энергии.

Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, 1873 (Phaeophyceae: Laminariales), в русском наименовании «ундария перистонадрезная», — это однолетняя бурая макрофитная водоросль, произрастающая в литоральных и сублиторальных зонах на побережьях с умеренным климатом северо-западной части Тихого океана. По данным ФАО, в 2021 году было добыто 2,7 млн тонн этого вида, что ставит его на второе место среди бурых (после ламинарии, или морской капусты Saccharina japonica) и на пятое место среди всех водорослей по объему производства.

Ундария богата белками, витаминами и минералами, из неё издавна делают салаты, готовят супы, едят также солёной, сушёной или в свежем виде. В основном как пищевой продукт используется в Японии, где известна как вакаме и имеет давнюю историю культивирования, и в некоторых странах Юго-Восточной Азии. На российском рынке водоросль уже завоевала популярность в качестве салата «чука-чука». Впервые слово вакаме упомянуто в японском словаре Ниппо дзисо в 1603 году. Фермеры в Японии выращивают вакаме с VIII века.

Сладкий вкус и тонкий аромат этих водорослей определяют высокое содержание спирта маннита. Как и многие съедобные бурые водоросли, ундария отличается высоким содержанием макро- и микроэлементов, и является одним из основных источников йода. Несмотря на относительно небольшое содержание липидов (1–10% от сухого веса), бурые водоросли считаются перспективным сырьем для получения ω3 и ω6 полиненасыщенных жирных кислот, а также биологически активных глико- и фосфолипидов.

В России популяция ундарии перистонадрезной обнаружена в заливе Петра Великого (Японское море) и представлена особями, находящимися на разных стадиях жизненного цикла: осенью, зимой и в начале весны — ювенильными, в конце мая–начале июня — ювенильными и взрослыми, а в июне — взрослыми спороносящими особями.

Известно, что факторы окружающей среды влияют на рост, развитие и фотосинтетическую активность водорослей. В ходе эволюции у водорослей выработались многочисленные компенсаторные механизмы для сглаживания их негативного воздействия. Липидный обмен является одним из ключевых механизмов в системе адаптации водорослей к изменяющимся условиям среды.

Исследования липидов морских гидробионтов — важный инструмент при изучении потоков вещества, особенностей метаболизма и адаптационных стратегий организмов. Профили молекулярных видов липидов значительного числа гидробионтов всё ещё остаются малоизученными.

С развитием высокоэффективной жидкостной хроматографии и появлением высокоскоростных тандемных масс-спектрометров стал возможным быстрый анализ с идентификацией всех молекулярных видов сложных липидов образца, т.е. определение сочетания ацильных групп и их позиционного положения. В настоящее время липидомный подход приобретает все большую популярность и используются для решения широкого круга задач: определение путей биосинтеза липидов, хемотаксономия, определение влияния биотических и абиотических факторов, исследование эмбриогенеза, онтогенеза и пищевых цепей.

Учёные на основе полученных данных предложили схему синтеза структурных и запасных липидов бурых водорослей.

«Мы показали, что состав и содержание липидов водорослей существенно меняется, что обусловлено как стадией онтогенеза, так и различными факторами среды, в том числе температурным и световым режимами, концентрацией кислорода и питательных веществ и др. Определение сезонной динамики классов и молекулярных видов липидов ундарии перистонадрезной позволило описать полную картину адаптивной реорганизации клеточных мембран», — прокомментировала Ксения Чадова.

Так, было обнаружено, что адаптация к низкой температуре и освещенности в холодное время года у бурых водорослей сопровождается повышением соотношения фосфатидилглицерин/сульфохиновозилдиацилглицерин (липиды фотосинтетических мембран) и увеличением содержания молекулярных видов структурных и запасных липидов с предельно ненасыщенными для конкретного класса жирными кислотами ω3 ряда.

Подобные изменения обеспечивают поддержание жидкокристаллического состояния клеточных мембран водорослей в стрессовых условиях, а также активности фотосинтеза на оптимальном уровне. Учёные определили, что среди множества изменяющихся в течение сезона факторов среды, определяющими в перестройке состава гидрофобных частей (т.е. остатков жирных кислот) липидов являются изменения температуры.

В природных условиях ундария часто заражается бурым эндофитом Laminariocolax aecidioides, что проявляется в виде тёмных пятен и перфораций на листовой пластине водоросли. Это часто является причиной потери товарного вида культивируемых водорослей. Авторы провели анализ липидного состава разных частей листовой пластины инфицированных и неинфицированных образцов ундарии с целью оценить степень воздействия эндофита и выявить возможные защитные механизмы.

В инфицированных участках ундарии было обнаружено увеличение содержания ненасыщенных фосфолипидов, что, вероятно, является адаптивной реакцией на сжатие клеток водоросли разрастающимися нитями эндофита. В тканях инфицированных водорослей наблюдался повышенный уровень насыщенных триглицеридов, что может свидетельствовать о возникновении вторичной вирусной или бактериальной инфекции, проникшей через поврежденные эндофитом наружные покровы.

Полученные данные расширяют знания о липидоме бурых водорослей и процессах их адаптации к изменяющимся условиям среды. Информация может быть использована широким кругом специалистов для подбора оптимальных условий культивирования бурых водорослей и для разработки новых методов мониторинга состояния марикультуры.

Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной научно-технической программы в области экологического развития Российской федерации и климатических изменений на 2021-2030 годы (Проект № 123080800009-5 «Система экологического мониторинга состояния и динамики морской биоты в условиях фиксируемых климатических изменений на примере модельных акваторий дальневосточных морей России»).

Источник: «Поиск».