Эксперимент проводился на микроводорослях Bracteacoccus aggregatus. Исследователи совместили рамановскую микроспектрометрию и микроскопию, которая визуализирует время жизни флуоресценции. Полученные данные проверили с помощью трансмиссионной электронной микроскопии.

Этот метод позволил изучить биохимические и структурные изменения в клетках почти в реальном времени.

Результаты работы опубликованы в журнале Protoplasma.

Каротиноиды, которые получают из растений, используют в разных областях. Они являются безопасными красителями в пищевой и косметической промышленностях, а также при производстве лекарств. Каротиноиды — это пигменты жёлтых, оранжевых и красных оттенков. Эти соединения защищают растения от окислительного стресса и избыточного освещения, участвуют в фотосинтезе и делают растения яркими и привлекательными для насекомых-опылителей.

Есть микроводоросли, которые накапливают много каротиноидов — до 5% от веса сухой биомассы. Каротиногенез — синтез каротиноидов запускается при стрессе у клеток. При этом меняются обмен веществ и строение клеток микроводорослей. Исследователи могут понять, идёт ли каротиногенез, по характерным признакам: меняется окраска клеток, замедляется деление, снижается количество хлорофилла.

Каротиноиды обычно получают химическим синтезом, а не из микроводорослей, потому что это дорого и оправдано только для производства биодобавок и лекарств.

Чтобы изучить каротиногенез, нужны исследования. Но существующие подходы инвазивны: чтобы получить данные, учёным приходится нарушать целостность структур микроводорослей. Это медленно и приводит к неточным результатам.

Учёные из МГУ и ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» предложили другой способ таких исследований.

Учёные использовали несколько методов: рамановскую спектроскопию, FLIM и ТЭМ. Рамановская спектроскопия помогает обнаружить каротиноиды в клетках. С помощью FLIM изучают взаимодействие каротиноидов с другими молекулами и структурами клетки. А ТЭМ позволяет увидеть тонкую структуру клеток.

Исследователи выбрали микроводоросль Bracteacoccus aggregatus в качестве объекта изучения. Предложенная методика позволила изучить синтез и распределение каротиноидов в клетках, не разрушая их. Полученные данные проверили с помощью ТЭМ.

FLIM и рамановская спектрометрия дают возможность исследовать каротиногенез почти в реальном времени без артефактов, которые могут возникнуть при химической фиксации образцов для ТЭМ.

Методику можно использовать для изучения каротиногенеза на клеточном и субклеточном уровнях. Это позволяет получить информацию об отдельных клетках, которые по-разному реагируют на стресс.

Предложенный подход помогает понять, как пигменты в клетке меняются под воздействием неблагоприятных факторов. Зная эти механизмы, мы сможем эффективнее выращивать микроводоросли, повысим их продуктивность и сделаем натуральные каротиноиды более доступными, — пояснил Алексей Соловченко, автор исследования, профессор кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.