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スルファメトキサゾールとテトラサイクリンは、Synechocystis sp. PCC 6803 のバイオマス、光合成、脂質生産性、およびプロテオミクス発現における変化を誘導した
Sulfamethoxazole and tetracycline induced alterations in biomass, photosynthesis, lipid productivity, and proteomic expression of Synechocystis sp. PCC 6803.
PMID: 32462618 DOI: 10.1007/s11356-020-09327-6.
抄録
抗生物質はシアノバクテリアにおいてナノグラム/リットルの濃度レベルでホルミシス効果を示すことから、本研究では、一般的に使用されている2種類の抗生物質（スルファメトキサゾールとテトラサイクリン）がSynechocystis sp. PCC 6803の脂質生産性を向上させる可能性を評価した。PCC 6803のバイオ燃料生産性を向上させた（p<0.05）。スルファメトキサゾールとテトラサイクリンは、細胞分化、細胞分裂、遺伝子発現に関連するタンパク質のアップレギュレーションによりシアノバクテリアの増殖を有意に刺激し（p<0.05）、光合成関連タンパク質のアップレギュレーションにより光合成活性を有意に増強し（p<0.05）、糖質異化タンパク質と糖質輸送タンパク質のダウンレギュレーションによりシアノバクテリア細胞内の脂質含量を有意に増加させた（p<0.05）。生合成関連タンパク質の発現パターンが変化したことにより、2種類の抗生物質は一価不飽和脂肪酸の割合を増加させ、テトラサイクリンは飽和脂肪酸と多価不飽和脂肪酸の割合を減少させた。このような脂肪酸組成の変化は、バイオ燃料の燃焼性能を向上させる可能性がある。この研究は，シアノバクテリアベースのバイオ燃料生産における抗生物質の応用についての洞察を提供した．グラフィカル・アブストラクト。
Since antibiotics show hormesis effects in cyanobacteria at the nanogram per liter concentration level, the possibility for two commonly used antibiotics (sulfamethoxazole and tetracycline) to increase lipid productivity in Synechocystis sp. PCC 6803 was assessed in the present study. The two target antibiotics significantly promoted (p < 0.05) the biofuel productivity of Synechocystis sp. PCC 6803 through the increase of both biomass and lipid content. Sulfamethoxazole and tetracycline significantly stimulated (p < 0.05) cyanobacterial growth by upregulating proteins related to cell differentiation, cell division, and gene expression; significantly enhanced (p < 0.05) the photosynthetic activity by upregulating photosynthesis-related proteins; and significantly increased (p < 0.05) the lipid content in cyanobacterial cells by downregulating carbohydrate catabolic proteins and carbohydrate transport proteins. Due to the altered expression pattern of biosynthesis-related proteins, the two antibiotics increased the proportion of monounsaturated fatty acids, while tetracycline reduced the proportions of saturated and polyunsaturated fatty acids. The changes in fatty acid composition may improve the combustion performance of biofuel. This study provided insights into the application of antibiotics in cyanobacteria-based biofuel production. Graphical abstract.