New fatty acids, oxylipins and volatiles in microalgae

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung der Fettsäureprofile verschiedener Mikroalgen, um potentielle Kandidaten für industrielle Anwendungen zu finden. Dabei wurden alle zur Verfügung stehenden Algenstämme der Sammlung von Algenkulturen in Göttingen (SAG) untersucht. Der Fokus lag auf den langkettigen Fettsäuren (C14-C24), die mit den entsprechenden Messtechniken (Gaschromatographie und Massenspektrometrie) aufgetrennt und analysiert wurden. Die ermittelten Fettsäureprofile wurden schließlich in einer Datenbank zusammengefasst, in der die analysierten 2347 Mikroalgenstämme und die dazugehörigen Fettsäureprofile enthalten sind. Insgesamt konnten 87 verschiedene Substanzen identifiziert werden, von denen 77 Fettsäuremethylester repräsentieren. Ein weiterer Aspekt der Untersuchung war die Verwendung von Fettsäureprofilen aus Algen als chemotaxonomischer Marker. Erste Vergleiche der ermittelten Fettsäureprofile unterschiedlicher Algenstämme haben gezeigt, dass es kaum Unterschiede zwischen Stämmen einer Art gab, sich das Fettsäureprofil auf Gattungs- und Klassenebene jedoch unterschieden hat. Die mehrfach ungesättigte Fettsäure 18:5n-3 wurde zum Beispiel nur in bestimmten marinen Algenklassen wie den Dinophyceae, Haptophyceae und Raphidophyceae nachgewiesen. Die Fettsäure Pinolensäure hingegen, war spezifisch für Stämme der Gattung Chlamydomonas und Chlamydocapsa.Die erstellte Datenbank wurde dazu verwendet Algenstämme zu ermitteln, die die besondere Fettsäure 18:5n-3 in höheren Anteilen produzieren. Um die Enzyme (Desaturasen und Elongasen) der Biosynthese von mehrfach ungesättigten Fettsäuren zu identifizieren, wurde der Biosyntheseweg von 18:5n-3 mittels extern zugegebenen markierten Fettsäuren bei der Mikroalge Prymnesium parvum analysiert. Die Ergebnisse deuten an, dass in P. parvum die Synthese von 18:5n-3 über Desaturierung von 18:4n-3 durch eine Δ3-Desaturase erfolgt.Der Metabolismus von mehrfach ungesättigten Fettsäuren, insbesondere die Oxylipinsynthese, wurde in zwei Cyanobakterienstämmen in vivo und in vitro untersucht. In Nostoc punctiforme PCC 73102 waren zwei Lipoxygenasen (LOXen) kodiert, in Nostoc sp. PCC7120 (identisch zu SAG 25.82) eine bifunktionelle LOX, wobei der N-terminale Bereich höchste Homologie zu einer Peroxidase zeigte, während der C-Terminus höchste Homologie zu einer LOX zeigte. Die rekombinanten LOXen, NpLOX1 und NpLOX2, aus N. punctiforme wurden als Linoleat-(13S)-LOXen identifiziert. In löslichen Extrakten von N. punctiforme konnten die Enzymprodukte ebenfalls nachgewiesen wurden, jedoch keine weiteren Produkte des Oxylipinstoffwechsels. Die Analyse der rekombinanten bifunktionellen LOX aus N. sp. SAG 25.82 ergab, dass die C terminale LOX-Domäne die Enzymaktivität einer (9R)-LOX zeigte. Der Amino-terminale Bereich zeigte Linoleate Diol Synthase Aktivität, d.h. die Hydroxyfettsäuren aus der LOX-Domänen-Reaktion wurden weiter zu Dihydroxyfettsäuren umgewandelt. In vivo wurden nur LOX-Produkte, die Monohydroxyfettsäuren, nachgewiesen und keine Produkte, die auf eine Aktivität der Amino-terminalen Domäne hinwiesen.