Astaxanthin and cellular metabolites production in Haematococcus lacustris exposed to silver nanoparticles

Abstract

Abstract. Introduction Silver nanoparticles (AgNPs) can modulate microalgal metabolism in a dose-dependent and stage-specific manner. Haematococcus lacustris, a key astaxanthin-producing microalga, is highly sensitive to environmental stressors that regulate the transition from the green vegetative stage to the red aplanospore stage. Material and methods The effects of 10 nm and 20 nm citrate-stabilized AgNPs (0.01–5 mg L-1) were assessed on biomass, cellular metabolites, photosynthetic pigments, lipids, and astaxanthin. Nanoparticles were introduced on day 3, with analyses performed at the end of the green (day 9) and red stages (day 16). Results Low to moderate AgNPs concentrations (0.01–1 mg L-1) increased biomass, proteins, carbohydrates, and lipids during the green stage, while 5 mg L-1 inhibited growth and pigments and elevated MDA levels. In the red stage, all concentrations reduced final biomass; however, 10 nm AgNPs at 0.01– 0.5 mg L-1 boosted astaxanthin (by up to ~30%) and lipids (by up to ~96%). Higher doses, along with all 20 nm AgNP treatments, suppressed astaxanthin accumulation. Conclusions H. lacustris exhibits a hormetic response to AgNPs: mild exposure stimulates key metabolites, while higher concentrations become inhibitory. Nanoparticle size, dose, and timing are crucial for precisely directing metabolic pathways and improving astaxanthin yield.

Abstract Introducere Nanoparticulele de argint (AgNPs) pot modula metabolismul microalgelor într-un mod dependent de concentrație și de stadiul fiziologic. Haematococcus lacustris, un important producător de astaxantină, prezintă o sensibilitate sporită la factorii de stres care reglează tranziția de la faza de celule verzi vegetative la cea de aplanospori roșii. Material și metode Au fost evaluate efectele AgNP-urilor de 10 nm și 20 nm (0,01–5 mg L-1) asupra biomasei, metaboliților celulari, pigmenților fotosintetici, lipidelor și astaxantinei. Nanoparticulele au fost adăugate în ziua a 3-a, iar analizele au fost efectuate la sfârșitul fazei de celule vegetative (ziua a 9-a) și al fazei de aplanospori (ziua a 16-a). Rezultate Concentrațiile mici și moderate de AgNPs (0,01–1 mg L-1) au stimulat biomasa, proteinele, carbohidrații și lipidele în faza de celule vegetative, în timp ce 5 mg L-1au inhibat creșterea și conținutul de pigmenți și au crescut nivelul MDA. În faza de aplanospori, toate concentrațiile au redus biomasa finală; totuși, AgNP de 10 nm la 0,01–0,5 mg L-1 au intensificat sinteza de astaxantină (până la ~30%) și de lipide (până la ~96%). Dozele mai mari și toate tratamentele cu AgNPs de 20 nm au redus semnificativ astaxantina. Concluzii H. lacustris manifestă un răspuns hormetic la AgNPs: expunerea moderată stimulează metaboliții valoroși, în timp ce concentrațiile ridicate devin inhibitoare. Dimensiunea nanoparticulelor, doza aplicată și durata expuneriit constituie factori determinanți în modularea controlată a metabolismului celular și în optimizarea producției de astaxantină.