Impact of neurotransmitters on the fatty acid composition and photosynthetic pigments of the green microalga Scenedesmus quadricauda

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Apart from their functions in the nervous system of animals, neurotransmitters operate as regulatory agents and signals in diverse kingdoms of life. Some neurotrnsmitters at low concentrations have recently been revealed to exert specific effects on microalgae, predominantly functioning as algal growth stimulators. This article presents new data on the effects of such neurotransmitterss as serotonin, norepinephrine, dopamine, histamine, and acetylcholine on the fatty acid and pigment composition of the green microalga Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. K-1149. It was established that acetylcholine and, to a lesser extent, histamine increased the total fatty acid content of S. quadricauda cells, whereas serotonin and dopamine decreased the fatty acid content. Acetylcholine, histamine, and norepinephrine elevated the percentage of polyunsaturated fatty acids; in contrast, serotonin and dopamine augmented the share of saturated fatty acids. Acetylcholine and, to a lesser extent, norepinephrine increased the total chlorophyll content per 1 g of dry weight in S. quadricauda while histamine decreased the chlorophyll content. Histamine also increased the chlorophyll a/chlorophyll b and carotenoid/chlorophyll ratios, which were decreased by dopamine. The data obtained apparently are of biotechnological and ecological interest. The stimulation of fatty acid accumulation and the increase in polyunsaturated species percentage was caused by the neurotransmitters acetylcholine and histamine at low (1-10 µM) concentrations, which potentially enables facilitating the biotechnological production of health-promoting preparations for therapeutic and cosmetic purposes. However, other tested neurotransmitters (dopamine and serotonin) increased the relative content of saturated fatty acids; therefore, they apparently can be used to stimulate biofuel production, since saturated fatty acid-rich lipids are advantageous raw materials for biodiesel production. The impact of neurotransmitters on microalgal fatty acid composition and photosystem components may be considered in terms of ongoing chemical interaction between microalgae and other aquatic ecosystem components that are known to produce neurotransmitters.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Cao Boyang

Shenzhen MSU-BIT University

Email: oleskiny@yandex.ru
China, 1 International University Park Road, Dayun New Town China, Longgang District, Shenzhen, 518172, Guangdong Province

O. B. Chivkunova

Moscow State University

Email: oleskiny@yandex.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow, 119234

A. E. Solovchenko

Moscow State University

Email: oleskiny@yandex.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow, 119234

E. S. Lobakova

Moscow State University

Email: oleskiny@yandex.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow, 119234

A. V. Oleskin

Moscow State University

Author for correspondence.
Email: oleskiny@yandex.ru

Department of Biology

Russian Federation, Moscow, 119234

References

  1. Roshchina V.V. // Microbial Endocrinology: Interkingdom Signaling in Infectious Disease and Health. /Ed. М. Lyte. N.Y.: Springer Cham, 2016. V. 874. P. 25–77.
  2. Oleskin A.V., Shenderov B.A. Microbial Communication and Microbiota–Host Interactivity: Neurophysiological, Biotechnological, and Biopolitical Implications. N.Y.: Nova Science Publishers, 2020. 248 p.
  3. Parsaeimehr A., Sun Z., Dou X., Chen Y.F. // Biotechnol. Biofuels. 2015. V. 8. (1) P. 11. https://doi.org/10.1186/s13068-015-0196-0
  4. Czerpak R., Bajguz A., Jewiec P., Muszynska-Garstka M. // Ecohydrol. Hydrobiol. 2003. V. 3 (2). P. 223–229.
  5. Oleskin A.V., Postnov A.L., Boyang Cao // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021. V. 11. P. 49–53. https://doi.org/10.29169/1927-5951.2021.11.07
  6. Oleskin A.V., Postnov A.L., Boyang Cao // J. Pharm. Nutr. Sci. 2021 V. 11. P. 144–150. https://doi.org/10.29169/1927-5951.2021.11.17
  7. Oleskin A.V., Kirovskaya T.A., Botvinko I.V., Lysak L.V. // Microbiology (Moscow). 1998. V. 67. № 3. P. 305–312.
  8. Solovchenko A., Gorelova O., Selyakh I., Pogosyan S., Baulina O., Semenova L. et al. // Algal Res. 2015. V. 11. P. 399–410. https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.04.011.
  9. Wellburn A. // J. Plant. Physiol. 1994. V. 144. P. 307–313.
  10. Kates M. Techniques of Lipidology: Isolation, Analysis, and Identification of Lipids, 2nd Ed. Amsterdam: Elesevier, 1986. 464 p.
  11. Balasubramaniam V., Gunasegavan R.D., Mustar S., Lee J.C., Mohd Noh M.F. // Molecules. 2021. V. 26. P. 943. https://doi.org/10.3390/molecules26040943
  12. Dasan Y.K., Lam M.K., Yusup S., Lim J.W., Lee K.T. // Sci. Total Environ. 2019. V. 688. P. 112–128. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.181
  13. Hu J., Meng W., Su Y., Qian C., Fu W. // Front. Mar. Sci. 2023. V. 10. P. 1260709. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1260709
  14. Masojídek J., Torzillo G., Koblížek M. // Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biorechnology. / Eds. A. Richmond, Q. Hu. Hoboken (NJ): John Wiley & Sons, 2013. P. 21–36.
  15. Piotrowska-Niczyporuk A., Bajguz A. // Plant Growth Regul. 2014. V. 73. P. 57–66. https://doi.org/10.1007/s10725-013-9867-7
  16. Tredici M.R., Rodolfi L., Biondi N., Bassi, N., Sampietro G. // Algal. Res. 2016. V. 19. P. 251–263. https://doi.org/10.1016/j.algal.2016.09.005
  17. Fabris M., Abbriano R.M., Pernice M., Sutherland D.L., Commault A.S., Hall C.C. et al. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 279. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00279
  18. Oleskin A.V., Boyan Cao // Lomonosov Biol. J. 2023. V. 78. № 3. P.146–159. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-3-10
  19. Powell K. // xPharm: The Comprehensive Pharmacology Reference. / Eds. S.G. Enna, D.B. Bylind. Amsterdam: Elsevier, 2007. P. 1–2.
  20. Roshchina V.V., Yashin V.A., Podunai Y.A. // Austin Environ. Sci. 2022. V. 7. № 3. P. 107–110.
  21. Oleskin A.V., Postnov A.L. Neurotransmitters as Сommunicative Аgents in Аquatic Ecosystems. // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2022. V. 77 № 1. P. 6–12. https://doi.org/10.3103/S0096392522010035

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Growth dynamics of S. quadricauda culture in the presence of acetylcholine (ACh) and without it. 1 – control; 2 – 1 μM ACh; 3 – 10 μM ACh; 4 – 100 μM ACh.

Download (72KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».