doi: 10.15389/agrobiology.2025.6.rus
УДК 579.64:663.12
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 23-16-00167.
САПРОФИТНЫЕ ДРОЖЖИ Rhodotorula mucilaginosa:
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ, МОРФОБИОХИМИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА И ПРОДУКЦИЯ КАРОТИНОИДОВ
Д.А. НИКАНОВА1 ✉, О.А. АРТЕМЬЕВА1, Е.Н. КОЛОДИНА1,
М.В. ДОВЫДЕНКОВА1, К.А. БЕРЕЗОВА1, И.М. МИХЕЛЬ2, 3,
А.С. БАРАШКОВА3, 4, Е.А. РОГОЖИН3, 4
Rhodotorula — род сапрофитных дрожжей семейства Sporidiobolaceae, которые распространены в воздухе, почве, озерах, морской воде, молоке, пищевых продуктах, колонизирует простейших, растения, людей и других млекопитающих. Три вида Rhodotorula (R. mucilaginosa, R. glutinis и R. minuta) рассматриваются как условно-патогенные и становятся наиболее частыми возбудителями инфекции у людей с ослабленным иммунитетом. Однако в последнее время дрожжи R. mucilaginosa все чаще используются в биотехнологии для производства каротиноидов и в кормлении сельскохозяйственных животных. Каротиноидные пигменты служат антиоксидантами, обладают антиканцерогенными свойствами, в том числе иммуномодулирующими и онкопротекторными, что способствует нормализации репродуктивной функции, роста и развития сельскохозяйственных животных и птиц. В настоящей работе мы впервые провели комплексное изучение дрожжей Rhodotorula mucilaginosa, выделенных из желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и птицы. Была установлена их видовая принадлежность по 5.8S-ITS-фрагменту рДНК. Показано, что морфобиохимические свойства имеют высокую внутривидовую вариабельность. Определена оптимальная температура роста. Выявлены лидерные штаммы по продукции каротиноидов на среде без обогащения. Целью работы было выделение из содержимого желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных и птицы пигментированных дрожжей с последующей идентификацией до вида, культивированием, получением биомассы, оценкой суммарного содержания синтезируемых каротиноидов и их содержания в биомассе, а также выявление наиболее перспективных изолятов для дальнейшего использования в составе кормовой добавки. Опыты проводили в период с 2023 по 2025 год. Изоляты дрожжей были выделены из содержимого желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота черно-пестрой породы, помесных боровков F2 (крупная белая × ландрас) × дюрок и бройлеров кросса Смена-9 в ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста. Выделение проводили на декстрозном агаре Сабуро («HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.», Индия). Для микроскопического исследования проводили стандартное окрашивание метиленовым синим для определения формы клеток. Морфологические свойства и чистоту изолятов проверяли под световым микроскопом Nicon ECLIPSE Ci-L («Nikon», Япония). Биохимический профиль определяли с использованием тест-системы KB009R HiCarbo («HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.», Индия) и специфических сахаров. Полимеразную цепную реакцию (ПЦР) осуществляли в амплификаторе Mini Amp Plus («Thermo Fisher Scientific», Сингапур). Для амплификации 5.8S-ITS-фрагмента рДНК и определения его первичной нуклеотидной последовательности использовали олигонуклеотидные праймеры ITS1 (5´-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3´) и ITS4 (5´-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3´). Экстракцию пигментов проводили из образцов, каждый из которых содержал замороженную сырую биомассу дрожжей одного из изолятов (от 5 до 20 г). Содержание каротиноидов в экстракте определяли спектрофотометрически на спектрофотометре UV-1800 («Shimadzu Corp.», Япония). Осуществляли измерение спектров поглощения в диапазонах l = 300-600 нм. Все выделенные изоляты использовали глюкозу, декстрозу, маннозу, раффинозу, сахарозу, фруктозу в качестве источников углерода для ферментации. Колонии всех изолятов, выращенных на среде ДАП, имели оттенок оранжево-красного цвета, были круглыми, выпуклыми, поверхность колоний была гладкой, края ровными, структура однородной. Оптимальная температура роста составляла 19-30 °С. Максимальную площадь клетки имели штаммы Chli 32 (4,364 мкм2) и Sr 16 (4,714 мкм2), а наибольший коэффициент удлиненности (Ку) — штаммы Pf 22 (1,821 при длине клетки 3,069±0,100 мкм и ширине 1,685±0,033 мкм) и Chc 8 (1,685 при длине 2,727±0,098 мкм и ширине 1,619±0,034 мкм). Штаммы Chc 65 и Pf 13 имели площадь клетки 4,121 и 4,298 мкм2, при этом Ку у них составлял 1,414 и 1,520, это значит, что форма клеток была более вытянутой. Минимальная площадь клеток отмечена у штамма Chc 6 (1,786 мкм2). Из биомассы всех изолятов были экстрагированы каротиноиды, осуществлен их спектрофотометрический анализ, по результатам которого были отобраны 6 изолятов (Chli 32, Chli 49, Chc 65, Cm 17, Cr 32, Sr 40) с максимальным содержанием каротиноидов (22,86; 21,71; 18,05; 15,08; 11,74; 11,24 мкг/г сырой биомассы). Эти изоляты представляются наиболее перспективными для дальнейшей оптимизации процесса культивирования и повышения их продуктивности.
Ключевые слова: Rhodotorula mucilaginosa, экстракция, органические растворители, каротиноиды, спектрофотометрический анализ.
D.A. Nikanova1 ✉, O.A. Artemyeva1, E.N. Kolodina1,
M.V. Dovydenkova1, K.A. Berezova1, I.M. Mikhel2, 3,
A.S. Barashkova3, 4, E.A. Rogozhin3, 4
Rhodotorula is a genus of saprophytic yeasts of the family Sporidiobolaceae, widespread in air, soil, lakes, seawater, milk, food products, and capable of colonizing protozoa, plants, humans, and other mammals. Three species of Rhodotorula (R. mucilaginosa, R. glutinis, and R. minuta) are considered opportunistic pathogens and are the most common causative agents of infections in immunocompromised individuals. However, in recent years, Rhodotorula mucilaginosa yeasts have increasingly been used in biotechnology for carotenoid production and in feeding agricultural animals. Carotenoid pigments act as antioxidants and possess anticancer properties, including immunomodulatory and oncoprotective effects, which contribute to the normalization of reproductive function, growth, and development in farm animals and poultry. This study provides the first comprehensive investigation of R. mucilaginosa yeasts isolated from the gastrointestinal tract of farm animals, including species identification based on the 5.8S-ITS rDNA fragment, assessment of intraspecific morphobiochemical variability, determination of optimal growth temperature, and identification of the most productive carotenoid-producing strains on a non-enriched medium. The aim of the study was to isolate pigmented yeasts from the gastrointestinal contents of farm animals and poultry, followed by species identification, cultivation, biomass production, assessment of the total carotenoid content and their concentration in biomass, as well as the identification of the most promising isolates for further use as components of a feed additive. Experiments were conducted from 2023 to 2025. Yeast isolates were obtained from the gastrointestinal tract contents of Black-and-White cattle, crossbred F2 pigs (Large White × Landrace) × Duroc, and broiler chickens of the Smena 9 cross (Ernst Federal Research Center for Animal Husbandry). Isolation was performed on Sabouraud dextrose agar (HiMedia Laboratories Pvt. Ltd., India). For microscopic analysis, standard methylene blue staining was used to determine cell morphology. Morphological characteristics and culture purity were assessed using a Nicon ECLIPSE Ci-L light microscope (Nikon, Japan). The biochemical profile was determined using the KB009R HiCarbo test system (HiMedia Laboratories Pvt. Ltd., India) and specific sugars. Polymerase chain reaction (PCR) was performed using a Mini Amp Plus thermal cycler (Thermo Fisher Scientific, Singapore). For amplification of the 5.8S-ITS rDNA fragment and determination of its primary nucleotide sequence, the ITS1 (5´-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3´) and ITS4 (5´-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3´) primers were used. Pigments were extracted from samples containing frozen raw yeast biomass (5-20 g) from each isolate. Carotenoid content in the extracts was quantified spectrophotometrically using a UV-1800 spectrophotometer (Shimadzu Corp., Japan). Absorption spectra were recorded in the 300-600 nm range. All isolates utilized glucose, dextrose, mannose, raffinose, sucrose, and fructose as carbon sources for fermentation. Colonies of all isolates grown on DAP medium exhibited an orange-red pigmentation, were round, convex, with smooth surfaces, even edges, and homogeneous structure. Optimal growth temperature ranged from 19 to 30 °C. The largest cell areas were observed in strains Chli 32 (4.364 µm²) and Sr 16 (4.714 mm2), while the highest elongation coefficient (Ec) was found in strains Pf 22 (1.821 at 3.069±0.100 mm cell length and 1.685±0.033 mm width) and Chc 8 (1.685 at 2.727±0.098 mm length and 1.619±0.034 mm width). Strains Chc 65 and Pf 13 had cell areas of 4.121 and 4.298 mm2, respectively, with Ec values of 1.414 and 1.520, indicating a more elongated cell shape. The smallest cell area was recorded in strain Chc 6 (1.786 mm2). Carotenoids were successfully extracted from the biomass of all isolates and analyzed spectrophotometrically. Based on the results, six isolates (Chli 32, Chli 49, Chc 65, Cm 17, Cr 32, Sr 40) were identified as having the highest carotenoid content (22.86; 21.71; 18.05; 15.08; 11.74; 11.24 mg/g of raw biomass). These isolates seem to be the most promising for further optimization of cultivation parameters and enhancement of productivity.
Keywords: Rhodotorula mucilaginosa, extraction, organic solvents, carotenoids, spectrophotometric analysis.
1ФГБНУ Федеральный исследовательский центр |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
