Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός ενός στελέχους
φωτοσυνθετικού μικροοργανισμού που ανήκει στο γένος Chlorella, το οποίο απομονώθηκε
από ευτροφικό σημείο του ποταμού Γιόφυρου στο Ηράκλειο Κρήτης, στα πλαίσια
προηγούμενης διατριβής του εργαστηρίου. Ο σκοπός ήταν να αξιολογηθεί ως υποψήφιο
στέλεχος για εφαρμογές στη βιοαποκατάσταση υγρών βιομηχανικών λυμάτων με υψηλό
οργανικό φορτίο.
Στο πρώτο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκε γενετικός χαρακτηρισμός του
μικροφύκους, μελέτη ιδιοτήτων που αφορούν την κυτταρική ανάπτυξη, καθώς και η
ανθεκτικότητά του ενάντια σε χημικούς αναστολείς. Η αλληλούχιση περιοχής του 18S rRNA
γονιδίου και η φυλογενετική ταξινόμηση του μικροοργανισμού έδειξαν ότι ανήκει στο γένος
Chlorella. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η ανάπτυξη του στελέχους σε φωτοαυτότροφες και
φωτοετερότροφες συνθήκες. Το μικροφύκος εμφάνισε υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης σε
χαμηλές συνθήκες φωτισμού κατά την ετερότροφη ανάπτυξη. Παράλληλα, αξιολογήθηκε και
η φωτοσυνθετική ικανότητα του μικροοργανισμού, σε διάφορες εντάσεις φωτισμού. Από τη
μελέτη αυτή διαπιστώθηκε ότι τα κύτταρα που αναπτύχθηκαν αυτότροφα, παρουσίασαν
υψηλότερη φωτοσυνθετική δραστηριότητα, ενώ αντίθετα ο φωτοκορεσμός σημειώθηκε σε
υψηλότερες εντάσεις φωτισμού για τις φωτοετερότροφες καλλιέργειες του στελέχους. Το
μικροφύκος εμφάνισε παρόμοια περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες και στις δύο συνθήκες. Η
βιομάζα των κυττάρων που αναπτύχθηκαν φωτοαυτότροφα περιείχε υψηλότερο περιεχόμενο
σε υδατάνθρακες και χρωστικές και χαμηλότερο ποσοστό λιπιδίων σε σχέση με αυτά που
αναπτύχθηκαν φωτοετερότροφα. Περαιτέρω μελέτες έδειξαν ότι το στέλεχος Chlorella ήταν
ικανό να αναπτυχθεί παρουσία μιας σειράς χημικών αναστολέων (ζιζανιοκτόνα και
αντιβιοτικά) που μελετήθηκαν σε συγκεντρώσεις πολύ υψηλότερες από εκείνες που
αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Η ανθεκτικότητα αυτή αποδόθηκε στην παρουσία μιας
προστατευτικής εξωκυττάριας μήτρας πολυσακχαρίτη.
Στο δεύτερο μέρος μελετήθηκε η ικανότητα ανάπτυξης της Chlorella σε θρεπτικά
μέσα με βάση γαλακτοκομικά απόβλητα. Διαπιστώθηκε ότι τα κύτταρα έχουν τη δυνατότητα
να προσαρμοστούν στα υγρά απόβλητα, με την ανάπτυξη να περιορίζεται από την έλλειψη
κάποιων θρεπτικών στοιχείων. Έτσι, ο εμπλουτισμός των αποβλήτων με μικρές ποσότητες
άλλων θρεπτικών συστατικών επέτρεψε την ανάπτυξη σε βαθμό συγκρίσιμο με εκείνο που
παρατηρείται σε τυπικές εργαστηριακές συνθήκες. Παράλληλα, αξιολογήθηκε η ικανότητα
βιοαποκατάστασης των αποβλήτων από το στέλεχος, με τη μελέτη απομάκρυνσης σακχάρων
με υψηλό ρυπαντικό φορτίο από αυτά. Τέλος, προσδιορίστηκε το βιοχημικό περιεχόμενο των
κυττάρων που αναπτύχθηκαν στα απόβλητα, το οποίο ήταν παρόμοιο με εκείνο που βρέθηκε
για τα φωτοαυτότροφα κύτταρα.
(EL)
The present study focuses on the characterization of a novel Chlorella strain isolated
from a eutrophic site at Giofyros River (Heraklion, Crete, Greece). The aim of this study was
to evaluate this microalga for applications in the bioremediation of rich in organic matter
industrial waste waters.
The first part of this thesis focuses on the genetic characterization of the strain, the
study of a broad range of properties related to cell growth rate, as well as its resistance to
common chemical inhibitors. 18S rRNA gene analysis as well as the Neighbor- joining
phylogenetic tree inferred from partial 18S rRNA gene sequence, showed that this microalga
belongs to the Chlorella genus. Photoheterotrophically grown cells achieved remarkably high
growth rates, despite the low light intensities used in the experiments; the photosynthetic rate
under variouslight conditions was assessed as well. Higher levels of photosynthetic activity
were observed for photoautotrophic cells, while photoheterotrophic cells were more tolerant
to higher light intensities. Photoautotrophic cells were found to contain higher amounts of
carbohydrates and photosynthetic pigments, while their photoheterotrophic counterparts
showed a slightly elevated lipid content. Under both growth conditions, the cells did contain
similar protein levels. Furthermore, the strain was found to be particularly resistant to the
deleterious effects of chemical inhibitors, even at the relatively high concentrations tested.
This ability was attributed to an extensive extracellular polysaccharide matrix, which seems
to play a protective role for cell homeostasis maintenance.
In the second part of this thesis, the ability of the isolated Chlorella strain to grow in
dairy waste-waters was investigated. The cells were able to acclimate to the wastewater
media; however the growth was limited due to the lack of appropriate nutrients. Thus, the
enrichment of dairy waste-waters with low amounts of nutrients allowed higher cell growth
rates. Moreover, the bioremediation of the waste-waters by the microalga was evaluated
through the removal of sugars in the media. Chlorella cells grown in media supplemented
with dairy waste were found to have biochemical content similar to the one observed with
photoautotrophic grown cells.
(EN)
University of Crete
