Photosensitized destruction of Chlorella vulgaris by methylene blue or nuclear fast red combined with hydrogen peroxide under visible light irradiation

A considerable number of investigations have started to elucidate the essential roles biological agents play in the biodeterioration of stone. Chemical biocides are becoming increasingly banned because of the environmental and health hazards associated with these toxic substances. The present study reports the photodynamic effect of Methylene Blue (MB) and Nuclear Fast Red (NFR) in the presence of hydrogen peroxide (H₂O₂) on the destruction of the algae Chlorella vulgaris (C. vulgaris) under irradiation with visible light. Illumination of C. vulgaris in the presence of MB or NFR combined with H₂O₂ results in the decomposition of both the algal species and the photosensitizer. The photodynamic effect was investigated under aerobic and anaerobic conditions. Differences in mechanism type are reported and are dependent on both the presence and the absence of oxygen. The behavior of each photosensitizer leads to a Type II mechanism and a Type I/Type II combination for MB and NFR, respectively, being concluded. This novel combination could be effective for the remediation of biofilm-colonized stone surfaces.

Ecotoxicity tests using the green algae chlorella vulgaris — a useful tool in hazardous effluents management

The treatment efficiency of laboratory wastewaters was evaluated and ecotoxicity tests with Chlorella vulgaris were performed on them to assess the safety of their environmental discharge. For chemical oxygen demand wastewaters, chromium (VI), mercury (II) and silver were efficiently removedby chemical treatments.Areduction of ecotoxicitywas achieved; nevertheless, an EC50 (effective concentration that causes a 50% inhibition in the algae growth) of 1.5% (v/v) indicated still high level of ecotoxicity. For chloride determination wastewaters, an efficient reduction of chromium and silver was achieved after treatment. Regarding the reduction of ecotoxicity observed, EC50 increased from 0.059% to 0.5%, only a 0.02% concentration in the aquatic environment would guarantee no effects. Wastewaters containing phenanthroline/iron (II) complex were treated by chemical oxidation. Treatmentwas satisfactory concerning chemical parameters, although an increase in ecotoxicitywas observed (EC50 reduced from 0.31% to 0.21%). The wastes from the kinetic study of persulphate and iodide reaction were treated with sodium bisulphite until colour was removed. Although they did not reveal significant ecotoxicity, only over 1% of the untreated waste produced observable effects over algae. Therefore, ecotoxicity tests could be considered a useful tool not only in laboratory effluents treatment, as shown, but also in hazardous wastewaters management.

Impact of excipients in the chronic toxicity of fluoxetine on the alga Chlorella vulgaris

Fluoxetine is a selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI) widely used in the treatment of major depression. It has been detected in surface and wastewaters, being able to negatively affect aquatic organisms. Most of the ecotoxicity studies focused only in pharmaceuticals, though excipients can also pose a risk to non-target organisms. In this work the ecotoxicity of five medicines (three generic formulations and two brand labels) containing the same active substance (fluoxetine hydrochloride) was tested on the alga Chlorella vulgaris, in order to evaluate if excipients can influence their ecotoxicity. Effective concentrations that cause 50% of inhibition (EC50) ranging from 0.25 to 15 mg L−1 were obtained in the growth inhibition test performed for the different medicines. The corresponding values for fluoxetine concentration are 10 times lower. Higher EC50 values had been published for the same alga considering only the toxicity of fluoxetine. Therefore, this increase in toxicity may be attributed to the presence of excipients. Thus more studies on ecotoxicological effects of excipients are required in order to assess the environmental risk they may pose to aquatic organisms.

Viabilidade económica e energética do biodiesel produzido a partir de Chlorella vulgaris

Contemporaneamente o Homem depara-se com um dos grandes desafios que é o de efetivar a transição para um futuro sustentável. Assim, o setor da energia tem um papel fundamental neste processo de transição, com principal enfoque no setor dos automóveis, sendo este um setor que contribui com elevadas quantidades de gases de efeito estufa libertados para a atmosfera. Também a escassez dos recursos petrolíferos constitui um ponto fundamental no tema apresentado. Com a necessidade de combater esses problemas é que se tem vindo a tentar desenvolver combustíveis renováveis e neutros quanto às emissões. A primeira geração de biocombustíveis obtidos através de culturas agrícolas terrestres preenche em parte esses requisitos, porém, não atinge os valores da procura e ainda competem com a produção de alimentos. Daí o interesse na aposta de uma segunda geração de biocombustíveis produzidos de fontes que não pertencem à cadeia alimentar e são residuais mas, que mesmo assim não permitem satisfazer as necessidades de matériaprima. A terceira geração de biocombustíveis vem justamente responder a estas questões pois assenta em matérias-primas que não competem pela utilização do solo agrícola nem são usadas para fins alimentares, tendo produtividades areais substancialmente superiores às que as culturas convencionais ou biomassas residuais conseguem assegurar. A matéria prima de terceira geração são portanto as microalgas, cujas produtividades em biomassa são extremamente elevadas, para além de produtividades muito superiores em lípidos, hidratos de carbono e/ou outros produtos de valor elevado. No entanto, este tipo de produção de biocombustível ainda enfrenta alguns problemas técnicos que o tornam num processo dispendioso para competir economicamente com outros tipos de produção de biodiesel. Na linha do que foi dito anteriormente, este trabalho apresenta um estudo de viabilidade económica e energética do biodiesel produzido através da Chlorella vulgaris, apresentando as técnicas e resultados de cultivo da Chlorella vulgaris e posteriormente de produção do biodiesel através dos lípidos obtidos através da mesma. Para melhorar a colheita das microalgas, que é uma das fases mais dispendiosas, testou-se o aumento de pH e a adição de um floculante (Pax XL-10), sendo que o primeiro não permitiu obter resultados satisfatórios, enquanto o segundo permitiu obter resultados de rendimento na ordem dos 90%. Mesmo com a melhoria da etapa da colheita, o preço mínimo do biodiesel produzido a partir do óleo de Chlorella vulgaris, com as condições ótimas de cultivo e produtividades máximas encontradas na literatura, foi de 8,76 €/L, pois, na análise económica, o Pax XL-10 revelou-se extremamente caro para utilizar na floculação de microalgas para obtenção de um produto de baixo valor, como é o biodiesel. A não utilização da floculação reduz o preço do biodiesel para 7,85 €/L. O que se pode concluir deste trabalho é que face às técnicas utilizadas, a produção de biodiesel Chlorella vulgaris apenas, não é economicamente viável, pelo que para viabilizar a sustentabilidade do processo seria ainda necessário desenvolver mais esforços no sentido de otimizar a produção de biodiesel, eventualmente associando-a à produção de um outro biocombustível produzido a partir da biomassa extraída residual e/ou da recuperação de outros produtos de maior valor.

Cultivo e avaliação do potencial da microalga Chlorella zofingiensis para a produção de biodiesel e produtos de valor acrescentado

O presente trabalho tem como objetivo o cultivo da microalga Chlorella zofingiensis, e a avaliação da sua potencial aplicação na produção de biodiesel e de produtos de valor acrescentado, de entre os quais se destacam os antioxidantes. Com o intuito da produção de biocombustível é necessário efetuar o cultivo da microalga num volume que permita a obtenção de elevada quantidade de biomassa para a concretização do trabalho. Além deste biocombustível, existe ainda a possibilidade de valorização de alguns produtos com valor comercial, como é o caso da astaxantina, a saber na área farmacêutica, alimentar ou até mesmo cosmética. O cultivo da microalga foi feito em meio Bold’s Basal Medium (BBM), inicialmente em matrazes de 5 L e, quando se obteve uma cultura suficientemente densa, inocularam-se fotobiorreatores de 50 L. Conseguiu-se atingir uma concentração máxima de 0,76 g/L, no reator de 5 L, após cerca de 6 semanas de ensaio. Por sua vez, em fotobiorreatores de 50 L, a concentração máxima obtida foi de 0,4 g/L, após 4 semanas de ensaio. Nestas culturas foi possível obter-se uma percentagem lipídica de 7 %, apresentado concentração de pigmentos por litro de cultura na ordem dos 10 mg/L, 4 mg/L e 2 mg/L de clorofila a, clorofila b e carotenoides totais, respetivamente. Com esta percentagem lipídica recuperaram-se 400 mg de óleo, obtendo-se posteriormente 280 mg de biodiesel. Pela análise à amostra de biodiesel obtida foi possível obter o perfil lipídico desta microalga, quando cultivada em meio BBM, sendo 41% de ácido palmítico (C16:0), 9% de ácido esteárico (C18:0), 27% de ácido oleico (C18:1) e 23% de ácido linoleico (C18:2). Os resultados obtidos mostram que a Chlorella zofingiensis é uma microalga com interesse potencial para a produção de clorofila e carotenóides, mas não para o óleo para a produção de biodiesel.

Biosorción del colorante congo en sistemas en lote utilizando biomasa de chlorella sp.

Tesis (Maestría en Ciencias con orientación en Procesos Sustentables) UANL, 2012.

Chlorella vulgaris up-modulation of myelossupression induced by lead: The role of stromal cells

In this study, Chlorella vulgaris (CV) was examined for its chelating effects on the ability of bone marrow stromal cell layer to display myeloid progenitor cells in vitro in lead-exposed mice, using the long-term bone marrow culture (LTBMC). In addition, the levels of interleukin (IL)-6, an important hematopoietic stimulator, as well as the numbers of adherent and non-adherent cells were also investigated. Mice were gavage treated daily with a single 50 mg/kg dose of CV for 10 days, concomitant to continuous offering of 1300 ppm lead acetate in drinking water. We found that CV up-modulates the reduced ability of stromal cell layer to display myeloid progenitor cells in vitro in lead-exposed mice and restores both the reduced number of non-adherent cells and the ability of stromal cells from these mice to produce IL-6. Monitoring of lead poisoning demonstrated that CV treatment significantly reduced lead levels in blood and tissues, completely restored the normal hepatic ALA levels, decreased the abnormally high plasma ALA and partly recovered the liver capacity to produce porphyrins. These findings provide evidence for a beneficial use of CV for combination or alternative chelating therapy to protect the host from the damage induced by lead poisoning. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The effects of Chlorella vulgaris in the protection of mice infected with Listeria monocytogenes. Role of natural killer cells

In this work we have demonstrated the effects of oral administration of Chlorella vulgaris (CV) on Natural Killer cells (NK) activity of mice infected with a sublethal dose of viable Listeria monocytogenes. The treatment with C. vulgaris produced a significant increase on NK cells activity in normal (non-infected) animals compared to the animals that received only vehicle (water) (p < 0.0001). Similarly, the infection alone produced a significant increase on NK cells activity, which was observed at 48 and 72 hours after the inoculation of L. monocytogenes. Moreover, when CV was administered in infected animals, there was an additional increase in NK cells activity which was significantly higher than that found in the infected groups (p < 0.0001) CV treatment (50 and 500mg/Kg) of mice infected with a dose of 3x105 bacteria/animal, which was lethal for all the non- treated controls, produced a dose-response protection which led to a 20% and 55% survival, respectively (p < 0.0001).

Efeito da irradiação ultrasônica em microalgas Selenastrum capricornutum e Chlorella sorokiniana

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Characterization of a monothiol glutaredoxin encoded by Chlorella virus PBCV-1

Annotation of the 330-kb Chlorella virus PBCV-1 genome identified a 237 nucleotide gene (a438l) that codes for a protein with ~35% amino acid identity to glutaredoxins (Grx) found in other organisms. The PBCV-1 protein resembles classical Grxs in both size (9 kDa) and location of the active site (N-terminus). However, the PBCV-1 Grx is unusual because it contains a monothiol active site (CPYS) rather than the typical dithiol active site (CPYC). To examine this unique active site, four sitespecific mutants (CPYC, CPYA, SPYC, and SPYS) were constructed to determine if the N-terminal cysteine is necessary for enzyme activity. Wild type and both mutants containing N-terminal cysteines catalyzed the reduction of disulfides in a coupled system with GSH, NADPH, and glutathione reductase. However, both mutants with an altered N-terminal cysteine were inactive. The grx gene is common in the Chlorella viruses. Molecular phylogenetic analyses of the PBCV-1 enzyme support its relatedness to those from other Chlorella viruses and yet demonstrate the divergence of the Grx molecule.

Metal biosorption onto dry biomass of Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris: Multi-metal systems

Binary and ternary systems of Ni2+, Zn2+, and Pb2+ were investigated at initial metal concentrations of 0.5, 1.0 and 2.0 mM as competitive adsorbates using Arthrospira platensis and Chlorella vulgaris as biosorbents. The experimental results were evaluated in terms of equilibrium sorption capacity and metal removal efficiency and fitted to the multi-component Langmuir and Freundlich isotherms. The pseudo second order model of Ho and McKay described well the adsorption kinetics, and the FT-IR spectroscopy confirmed metal binding to both biomasses. Ni2+ and Zn2+ interference on Pb2+ sorption was lower than the contrary, likely due to biosorbent preference to Pb. In general, the higher the total initial metal concentration, the lower the adsorption capacity. The results of this study demonstrated that dry biomass of C. vulgaris behaved as better biosorbent than A. platensis and suggest its use as an effective alternative sorbent for metal removal from wastewater. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cultivo de microalgas (Chlorella sorokiniana) con iluminación mediante LEDs

Con el fin de establecer si es posible llevar a cabo el cultivo de microalgas empleando LEDs (Light Emitting Diodes) y si el empleo de los mismos supone alguna ventaja, se llevaron a cabo cinco experiencias con el microalga Chlorella sorokiniana en las que se varió la cantidad y la calidad de la luz aplicada. En las dos primeras experiencias se empleó luz de un solo color, roja en la primera y azul en la segunda, ambas al 50 % de su intensidad. En las tres siguiente se ensayaron mezclas de ambas, aplicando en la tercera 50 % de luz roja y 50 % de luz azul, en la cuarta 70 % de luz roja y 30 % de luz azul y en la quinta 30 % luz roja y 70 % luz azul. En todos los casos se llevó a cabo simultáneamente el cultivo de un testigo en las mismas condiciones pero iluminado con una lámpara fluorescente. Diariamente se tomaron medidas de la densidad óptica, el pH y la conductividad eléctrica. El seguimiento de la temperatura se hizo por medio de sensores que tomaron muestras cada 60 segundos. La experiencia en la que se empleó luz roja y azul al 50 % de intensidad presentó las mayores diferencias con respecto al testigo. En el resto de los casos el ensayo y el testigo presentaron crecimientos similares. Además se evaluaron varias fuentes de luz de uso frecuente en laboratorio con el fin de conocer su espectro de emisión y su comportamiento al atravesar el medio de cultivo.

The Chlorella hexose/H+ symporter is a useful selectable marker and biochemical reagent when expressed in Volvox.

The multicellular obligately photoautotrophic alga Volvox is composed of only two types of cells, somatic and reproductive. Therefore, Volvox provides the simplest model system for the study of multicellularity. Metabolic labeling experiments using radioactive precursors are crucial for the detection of stage- and cell-type-specific proteins, glycoproteins, lipids, and carbohydrates. However, wild-type Volvox lacks import systems for sugars or amino acids. To circumvent this problem, the hexose/H+ symporter (HUP1) gene from the unicellular alga Chlorella was placed under the control of the constitutive Volvox beta-tubulin promoter. The corresponding transgenic Volvox strain synthesized the sugar transporter in a functional state and was able to efficiently incorporate 14C from labeled glucose or glucosamine. Sensitivity toward the toxic glucose/mannose analogue 2-deoxy-glucose increased by orders of magnitude in transformants. Thus we report the successful transformation of Volvox with a gene of heterologous origin. The chimeric gene may be selected for in either a positive or a negative manner, because transformants exhibit both prolonged survival in the dark in the presence of glucose and greatly increased sensitivity to the toxic sugar 2-deoxyglucose. The former trait may make the gene useful as a dominant selectable marker for use in transformation studies, whereas the latter trait may make it useful in development of a gene-targeting system.

Pryolytic and kinetic study of Chlorella Vulgaris under isothermal and non-isothermal conditions

Algae are a new potential biomass for energy production but there is limited information on their pyrolysis and kinetics. The main aim of this thesis is to investigate the pyrolytic behaviour and kinetics of Chlorella vulgaris, a green microalga. Under pyrolysis conditions, these microalgae show their comparable capabilities to terrestrial biomass for energy and chemicals production. Also, the evidence from a preliminary pyrolysis by the intermediate pilot-scale reactor supports the applicability of these microalgae in the existing pyrolysis reactor. Thermal decomposition of Chlorella vulgaris occurs in a wide range of temperature (200-550°C) with multi-step reactions. To evaluate the kinetic parameters of their pyrolysis process, two approaches which are isothermal and non-isothermal experiments are applied in this work. New developed Pyrolysis-Mass Spectrometry (Py-MS) technique has the potential for isothermal measurements with a short run time and small sample size requirement. The equipment and procedure are assessed by the kinetic evaluation of thermal decomposition of polyethylene and lignocellulosic derived materials (cellulose, hemicellulose, and lignin). In the case of non-isothermal experiment, Thermogravimetry- Mass Spectrometry (TG-MS) technique is used in this work. Evolved gas analysis provides the information on the evolution of volatiles and these data lead to a multi-component model. Triplet kinetic values (apparent activation energy, pre-exponential factor, and apparent reaction order) from isothermal experiment are 57 (kJ/mol), 5.32 (logA, min-1), 1.21-1.45; 9 (kJ/mol), 1.75 (logA, min-1), 1.45 and 40 (kJ/mol), 3.88 (logA, min-1), 1.45- 1.15 for low, middle and high temperature region, respectively. The kinetic parameters from non-isothermal experiment are varied depending on the different fractions in algal biomass when the range of apparent activation energies are 73-207 (kJ/mol); pre-exponential factor are 5-16 (logA, min-1); and apparent reaction orders are 1.32–2.00. The kinetic procedures reported in this thesis are able to be applied to other kinds of biomass and algae for future works.

Potencial antifúngico, antioxidante e inibidor da produção de aflatoxina por extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis

A contaminação fúngica acarreta alterações na qualidade nutricional e no valor econômico de produtos alimentícios podendo causar danos patológicos em plantas, animais e humanos. A identificação da atividade antioxidante, antifúngica e antimicotoxinas, em extratos de microalgas com propriedade de inibir a multiplicação de fungos e subseqüente produção de micotoxinas abre a perspectiva de empregar substâncias mais eficientes e com maior ação específica contra estes microorganismos. Entre os compostos com propriedades inibidoras de radicais livres, de crescimento fúngico e produção de micotoxinas, destacam-se os compostos fenólicos, que podem inibir a atividade metabólica microbiana, dificultando a atividade de enzimas. Neste estudo foram avaliados o poder de inibição de multiplicação fúngica de Rhizopus oryzae e Aspergillus flavus pelos extratos fenólicos de Chlorella sp. e Spirulina platensis, bem como sua atividade antioxidante, e a atividade antimicotoxinas da última microalga contra Aspergillus flavus. O conteúdo de fenóis totais foi em média 1000 µgfenóis/g Spirulina platensis e 600 µgfenóis/g Chlorella sp., sendo que o acido gálico e o cafeíco foram identificados como compostos majoritários na Spirulina platensis. As determinações de glicosamina (parede celular) e ergosterol (membrana celular) mostraram-se bons indicativos do desenvolvimento microbiano permitindo uma boa estimativa da inibição dele. O extrato fenólico de Spirulina platensis apresentou capacidade de inibir cerca de 50% a formação da parede e da membrana celular para ambos os fungos estudados e de 100% a produção de aflatoxina B1 até o 10º dia de cultivo do Aspergillus flavus. Além disso, o extrato metanólico de Spirulina platensis inativou 53,5% o DPPH reativo, limitou o escurecimento enzimático ocasionado pela peroxidase em 55% e inibiu a peroxidação lipídica em 46% após 14 dias de armazenamento sob luz. Estes resultados mostram que a ação antifúngica, antimicotoxinas e antioxidante está naturalmente presente em alguns tecidos microbianos e que encontrar a forma de extraí-los e aplicá-los como conservantes alimentícios é muito promissor para substituição aos antifúngicos e outros conservantes químicos.