Multi-analyte Biochip (MAB) Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes (ASSISE) for Physiological Research

Lab-on-a-chip (LOC) applications in environmental, biomedical, agricultural, biological, and spaceflight research require an ion-selective electrode (ISE) ...

NASA Ames Research Center

Scytonemin est un rayonnement ultraviolet (UV)-d&eacute;pistage compos&eacute; synth&eacute;tis&eacute; par certaines cyanobact&eacute;ries gain&eacute;s expos&eacute;s au rayonnement solaire et le ciel &eacute;lev&eacute;. Il est principalement produit en r&eacute;ponse aux UVA, mais certains stress environnementaux peuvent augmenter la synth&egrave;se. Cette &eacute;tude met l&#39;accent sur les effets de la dessiccation p&eacute;riodique sur la synth&egrave;se de la scytonemin dans trois souches de cyanobact&eacute;ries tol&eacute;rantes &agrave; la dessiccation, Nostoc punctiforme PCC 73102, 5056 CCMEE Chroococcidiopsis et Chroococcidiopsis CCMEE 246. Nostoc punctiforme et Chroococcidiopsis CCMEE 5056 expos&eacute;es aux UVA produit plus concentr&eacute;s scytonemin &eacute;crans en &eacute;prouvant la dessiccation p&eacute;riodique (c.-&agrave;-d. 1 jour dess&eacute;ch&eacute; pour tous les 2 jours hydrat&eacute;) que lorsque continuellement hydrat&eacute;e. Un &eacute;cran plus concentr&eacute; de scytonemin permettrait de r&eacute;duire la quantit&eacute; de d&eacute;g&acirc;ts UVR courus lorsque les cellules sont dess&eacute;ch&eacute;s et m&eacute;taboliquement inactives. Cela permettrait &agrave; la cyanobact&eacute;rie d&#39;allouer plus d&#39;&eacute;nergie pour les syst&egrave;mes autres que la r&eacute;paration de dommages aux rayons UV lors de la r&eacute;alimentation, qui faciliterait la reprise. L&#39;&eacute;cran scytonemin est extr&ecirc;mement stable, reste en grande partie intact dans les gaines de dess&eacute;ch&eacute;e punctiforme N. m&ecirc;me lorsque continuellement expos&eacute;s aux rayonnements UVA pendant environ 2 mois. Contrairement &agrave; ce qui pr&eacute;c&egrave;de, synth&egrave;se de scytonemin dans Chroococcidiopsis CCMEE 246, une souche qui produit scytonemin constitutivement sous faible lumi&egrave;re visible (sans UVA), a &eacute;t&eacute; partiellement inhib&eacute;e par la dessication p&eacute;riodique.

Effets de la dessiccation p&eacute;riodique sur la synth&egrave;se de l&#39;UV-d&eacute;pistage compos&eacute;, scytonemin, chez les cyanobact&eacute;ries.

Scytonemin is an ultraviolet radiation (UVR)-screening compound synthesized by some sheathed cyanobacteria exposed to high solar and sky radiation. It is primarily produced in response to UVA radiation, but certain environmental stresses can enhance synthesis. This study focuses on the effects of periodic desiccation on scytonemin synthesis in three desiccation-tolerant cyanobacterial strains, Nostoc punctiforme PCC 73102, Chroococcidiopsis CCMEE 5056 and Chroococcidiopsis CCMEE 246. Nostoc punctiforme and Chroococcidiopsis CCMEE 5056 exposed to UVA radiation produced more concentrated scytonemin screens when experiencing periodic desiccation (i.e. 1 day desiccated for every 2 days hydrated) than when continuously hydrated. A more concentrated scytonemin screen would reduce the amount of UVR damage accrued when cells are desiccated and metabolically inactive. This might allow the cyanobacteria to allocate more energy to systems other than UVR damage repair during rehydration, which would facilitate recovery. The scytonemin screen is extremely stable, remaining largely intact in the sheaths of desiccated N. punctiforme even when continuously exposed to UVA radiation for about 2 months. In contrast to the above findings, scytonemin synthesis in Chroococcidiopsis CCMEE 246, a strain that produces scytonemin constitutively under low visible light (no UVA), was partially inhibited by periodic desiccation.

Effects of periodic desiccation on the synthesis of the UV-screening compound, scytonemin, in cyanobacteria.

Scytonemin &egrave; un radiazioni ultraviolette (UVR)-screening composto sintetizzato da alcuni cianobatteri inguainati esposti alla radiazione solare e cielo alto. &Egrave; principalmente prodotto in risposta ai raggi UVA, ma alcune sollecitazioni ambientali possono migliorare la sintesi. Questo studio si concentra sugli effetti di disseccamento periodico sulla sintesi di scytonemin in tre ceppi cianobatterica dissecazione tollerante, Nostoc punctiforme PCC 73102, 5056 CCMEE Chroococcidiopsis e Chroococcidiopsis CCMEE 246. Nostoc punctiforme e Chroococcidiopsis CCMEE 5056 esposti alle radiazioni UVA prodotta pi&ugrave; concentrati scytonemin schermi quando vivendo disseccamento periodico (idratato cio&egrave; 1 giorno essiccata per ogni 2 giorni) rispetto a quando continuamente idratata. Una schermata di scytonemin pi&ugrave; concentrata sarebbe ridurre la quantit&agrave; di danni UVR maturati quando le cellule sono metabolicamente inattivi ed essiccata. Questo potrebbe permettere i cianobatteri allocare pi&ugrave; energia per sistemi diversi da riparazione danni UVR durante la reidratazione, che dovrebbe facilitare il recupero. La schermata di scytonemin &egrave; estremamente stabile, rimanendo in gran parte intatto in guaine di essiccata N. punctiforme anche quando continuamente esposti a radiazioni UVA per circa 2 mesi. In contrasto con le risultanze, sintesi di scytonemin di Chroococcidiopsis CCMEE 246, un ceppo che produce scytonemin costitutivamente in bassa luce visibile (no UVA), era parzialmente inibita dal disseccamento periodico.

Gli effetti di essiccazione periodica sulla sintesi di UV-screening compound, scytonemin, nei cianobatteri.

Scytonemin es una radiaci&oacute;n ultravioleta (RUV)-proyecci&oacute;n compuesto sintetizado por algunas cianobacterias forrados expuestos a alta radiaci&oacute;n solar y el cielo. Principalmente se produce en respuesta a los rayos UVA, pero ciertas tensiones ambientales pueden mejorar la s&iacute;ntesis. Este estudio se centra en los efectos de desecaci&oacute;n peri&oacute;dica sobre la s&iacute;ntesis de scytonemin en tres cepas tolerantes a la desecaci&oacute;n de cianobacterias, Nostoc punctiforme PCC 73102, Chroococcidiopsis CCMEE 5056 y Chroococcidiopsis CCMEE 246. Nostoc punctiforme y Chroococcidiopsis CCMEE 5056 expuestos a radiaci&oacute;n UVA producci&oacute;n m&aacute;s concentrados scytonemin pantallas cuando experimentamos la desecaci&oacute;n peri&oacute;dica (es decir 1 d&iacute;a desecado por cada 2 d&iacute;as hidratado) que cuando continuamente hidratada. Una pantalla de scytonemin concentrada reducir&iacute;a la cantidad de da&ntilde;o UVR devengado cuando las c&eacute;lulas son metab&oacute;licamente inactivos y desecado. Esto podr&iacute;a permitir la cianobacteria a destinar m&aacute;s energ&iacute;a a los sistemas que no sean de reparaci&oacute;n de da&ntilde;os UVR durante la rehidrataci&oacute;n, que facilitar&iacute;a la recuperaci&oacute;n. La pantalla de scytonemin es muy estable, permaneciendo pr&aacute;cticamente intactos en las envolturas de punctiforme N. desecado incluso cuando continuamente expuestos a radiaci&oacute;n UVA durante unos 2 meses. En contraste con los resultados anteriores, s&iacute;ntesis de scytonemin en Chroococcidiopsis CCMEE 246, una cepa que produce scytonemin constitutivamente bajo condiciones de poca luz visible (no UVA), fue parcialmente inhibida por desecaci&oacute;n peri&oacute;dica.

Efectos de desecaci&oacute;n peri&oacute;dica en la s&iacute;ntesis de la UV-proyecci&oacute;n compuesto, scytonemin, en cianobacterias.

The effects of nitrogen source (N(2), NO(3)(-) and NH(4)(+)) on scytonemin synthesis were investigated in the heterocystous cyanobacterium Nostoc punctiforme PCC 73102. With the required UVA radiation included, Nostoc synthesized three to seven times more scytonemin while fixing nitrogen than when utilizing nitrate or ammonium. A similar increase in scytonemin synthesis occurred when nitrate or ammonium became depleted by growth and Nostoc switched to diazotrophic metabolism with the differentiation of heterocysts. In addition, UVA-exposed cultures grown in medium with both NO(3)(-) and NH(4)(+) synthesized some scytonemin but synthesis increased when NH(4)(+) was depleted and growth had become dependent on NO(3)(-) reduction. Although the mechanism is unclear, these results suggest that the greater the restriction in nitrogen accessibility, the greater the production of scytonemin. Perhaps the entire response may be an interaction between this restriction and a resultant sensitivity to UV radiation that acts as a cue for determining the level of scytonemin synthesis. Scytonemin is a stable UVR screening compound and appears to be synthesized by cyanobacteria as a long-term solution for reducing UVR exposure and damage, but mainly or solely, when metabolic activity is absent. It is likely that during metabolic resurgence, the presence of a dense scytonemin sheath would facilitate the recovery process without the need for active defenses against UV radiation.

Effects of nitrogen source on the synthesis of the UV-screening compound, scytonemin, in the cyanobacterium Nostoc punctiforme PCC 73102.

Les effets de la source d&#39;azote (n (2), NO(3)(-) et NH(4)(+)) sur la synth&egrave;se des scytonemin ont &eacute;t&eacute; &eacute;tudi&eacute;s dans la cyanobact&eacute;rie h&eacute;t&eacute;rocystiques Nostoc punctiforme PCC 73102. Le rayonnement UVA n&eacute;cessaires inclus, Nostoc synth&eacute;tis&eacute; trois &agrave; sept fois plus scytonemin tout en fixant l&#39;azote que quand utilisant le nitrate ou ammonium. Une augmentation similaire dans la synth&egrave;se de scytonemin s&#39;est produite lors de nitrate ou ammonium devint par croissance et Nostoc commut&eacute; au m&eacute;tabolisme diazotrophe avec la diff&eacute;rentiation des h&eacute;t&eacute;rocystes. En outre, UVA-expos&eacute;s des cultures cultiv&eacute;es dans un milieu &agrave; la fois NO(3)(-) et NH(4)(+) synth&eacute;tis&eacute; quelques scytonemin mais la synth&egrave;se est augment&eacute;e lorsque NH(4)(+) &eacute;tait &eacute;puis&eacute;e et de croissance &eacute;tait devenue d&eacute;pendante sur la r&eacute;duction de NO(3)(-). Bien que le m&eacute;canisme n&#39;est pas clair, ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que plue la restriction en mati&egrave;re d&#39;accessibilit&eacute; d&#39;azote, plue la production de scytonemin. Peut-&ecirc;tre la r&eacute;ponse enti&egrave;re peut &ecirc;tre une interaction entre cette restriction et une sensibilit&eacute; qui en r&eacute;sultent aux rayons UV qui agit comme un rep&egrave;re pour d&eacute;terminer le niveau de synth&egrave;se scytonemin. Scytonemin est une projection de rayons UV stable compos&eacute;e et semble &ecirc;tre synth&eacute;tis&eacute; par les cyanobact&eacute;ries comme une solution &agrave; long terme pour r&eacute;duire l&#39;exposition aux rayons UV et des d&eacute;g&acirc;ts, mais surtout ou exclusivement, lorsqu&#39;une activit&eacute; m&eacute;tabolique est absente. Il est probable qu&#39;au cours de la r&eacute;surgence m&eacute;tabolique, la pr&eacute;sence d&#39;une gaine de scytonemin dense faciliterait le processus de r&eacute;cup&eacute;ration sans la n&eacute;cessit&eacute; de d&eacute;fenses actives contre le rayonnement UV.

Effets de source d&#39;azote sur la synth&egrave;se de l&#39;UV-d&eacute;pistage compos&eacute;, scytonemin, dans le cyanobact&eacute;ries Nostoc punctiforme PCC 73102.

Gli effetti della fonte di azoto (n, NO(3)(-) e NH(4)(+)) sulla sintesi di scytonemin sono stati investigati nella heterocystous cyanobacterium Nostoc punctiforme PCC 73102. Con la radiazione UVA necessaria inclusa, Nostoc sintetizzato tre a sette volte pi&ugrave; scytonemin durante la fissazione dell&#39;azoto rispetto a quando utilizzando nitrato o ammonio. Un simile aumento nella sintesi di scytonemin si &egrave; verificato quando nitrato o ammonio &egrave; diventato impoverito dalla crescita e Nostoc commutato a azotofissatori metabolismo con la differenziazione delle heterocysts. Inoltre, culture esposti di UVA coltivate in mezzo con NO(3)(-) e NH(4)(+) sintetizzato alcuni scytonemin ma sintesi aumentata quando NH(4)(+) &egrave; stato impoverito e crescita era diventato dipendente da NO(3)(-) riduzione. Sebbene il meccanismo non &egrave; chiaro, questi risultati suggeriscono che maggiore sar&agrave; la restrizione nell&#39;accessibilit&agrave; dell&#39;azoto, maggiore sar&agrave; la produzione di scytonemin. Forse l&#39;intera risposta pu&ograve; essere un&#39;interazione tra questa restrizione e una conseguente sensibilit&agrave; alle radiazioni UV che agisce come spunto per determinare il livello di sintesi scytonemin. Scytonemin &egrave; una proiezione UVR stabile composta e sembra essere sintetizzato da cianobatteri come una soluzione a lungo termine per ridurre l&#39;esposizione UVR e danni, ma principalmente o esclusivamente, quando attivit&agrave; metabolica &egrave; assente. &Egrave; probabile che durante la ripresa metabolica, la presenza di una guaina scytonemin denso faciliterebbe il processo di ripristino senza la necessit&agrave; di un attive delle difese contro le radiazioni UV.

Effetti della fonte di azoto sulla sintesi di scytonemin composti, l&#39;UV-screening, nel cyanobacterium Nostoc punctiforme PCC 73102.

Los efectos de la fuente de nitr&oacute;geno (N(2), NO(3)(-) y NH(4)(+)) en la s&iacute;ntesis de scytonemin fueron investigados en el heterocystous de la cianobacteria Nostoc punctiforme PCC 73102. Con la radiaci&oacute;n de UVA requiere incluida, Nostoc sintetiza tres a siete veces m&aacute;s scytonemin mientras que la fijaci&oacute;n de nitr&oacute;geno que cuando utilizando nitrato o amonio. Un aumento similar en la s&iacute;ntesis de scytonemin ocurri&oacute; cuando nitrato o amonio se convirti&oacute; agotado por el crecimiento y Nostoc pas&oacute; a diazotr&oacute;ficas metabolismo con la diferenciaci&oacute;n de heterocistos. Adem&aacute;s, cultivadas en medios con NO(3)(-) y NH(4)(+) de culturas expuestas a rayos UVA sintetizaron algunas scytonemin pero s&iacute;ntesis aumentaron cuando NH(4)(+) estaba agotado y crecimiento hab&iacute;a llegado a depender de la reducci&oacute;n de NO(3)(-). Aunque se desconoce el mecanismo, estos resultados sugieren que la mayor restricci&oacute;n en accesibilidad de nitr&oacute;geno, cuanto mayor sea la producci&oacute;n de scytonemin. Tal vez la respuesta toda puede ser una interacci&oacute;n entre esta restricci&oacute;n y una sensibilidad resultante a la radiaci&oacute;n UV que act&uacute;a como una clave para determinar el nivel de la s&iacute;ntesis de scytonemin. Scytonemin es una proyecci&oacute;n de UVR estable compuesta y parece ser sintetizados por cianobacterias como una soluci&oacute;n a largo plazo para reducir la exposici&oacute;n UVR y da&ntilde;os, pero principalmente o &uacute;nicamente, cuando la actividad metab&oacute;lica est&aacute; ausente. Es probable que durante el resurgimiento metab&oacute;lica, la presencia de una vaina de scytonemin denso facilitar&iacute;a el proceso de recuperaci&oacute;n sin necesidad de defensas activas contra la radiaci&oacute;n UV.

Efectos de fuente de nitr&oacute;geno en la s&iacute;ntesis de la scytonemin compuesto, detecci&oacute;n de UV, en la cianobacteria Nostoc punctiforme PCC 73102.

Erich Fleming

NASA Ames Research Center

Multi-analyte Biochip (MAB) Based on All-solid-state Ion-selective Electrodes (ASSISE) for Physiological Research