Screening of cryoprotectants (CPAs) for cryopreservation in the Nitzschia sp. of marine microalgae

Biodiversity has continued to degrade in the $21^{st}$ century due to global warming occasioned by destruction of the environment around the world.. The Nagoya protocol places Korea in a unique position to effectively develop and protect its domestic genetic resources. Microalgae under study in this research contains large amount of antioxidant substances such as beta carotene and astaxanthin, that can be used as biological resource owing to the large amounts of biomass that can be secured through photosynthesis. However, it is difficult to preserve it since cryopreservation method used for long-term preservation is yet to be developed. A basic study for long term cryopreservation was carried out on Nizschia frustulum and Nitzschia amabilis which belong to marine diatoms. As cryoprotectants (CPAs), glycerol, DMSO, and methanol which penetrate into cells were prepared at 5%, 10%, and 15% concentrations each, in case of methanol, it was tested at concentrations of 5%, 10% and 12% by its nature. Two kinds of microalgae, N. frustulum and N. amabilis, were diluted with $10^2$, $10^3$ and $10^4cells\;ml^{-1}$, respectively. The highest survival rate was shown at12% concentration of methanol, and the figures were $6.94{\pm}0.31%$ in N. frustulum and $8.85{\pm}0.16%$ in N. amabilis. As a result of 3 weeks cultivation of thawed microalgae after freezing, the result is shows that N. frustulum increased about 10 times faster and N. amabilis increased about 12 times the original concentration.

해양 규조류 Nitzschia sp.의 초저온동결보존을 위한 보존제의 영향 분석

21세기 들어 전 세계는 환경파괴에 따른 지구 온난화로 인하여 생물 다양성이 지속적으로 감소하였다. 생물다양성의 감소는 생태계의 자정 및 복원능력 등을 악화 시켜 환경오염이 더욱 심화 되었고 나아가 생물의 생존을 위협하고 있다. 우리나라는 현재 나고야 의정서로 인해 국내 유전자원을 효율적으로 발굴 보호해야 하는 중요한 시점에 있다. 본 연구에서 사용하는 미세조류는 유용 생물자원으로 활용도가 높으나 동결보존하는 방법이 개발되어 있지 않아 장기보존에 어려움이 있다. 대부분의 원핵생물이나 균류 등의 미생물은 종에 관계없이 glycerol 을 이용하여 저온동결보존이 가능하나 미세조류는 동결보존제의 종류와 농도, 유리화 과정 및 해동방법 등에 따라 세포 재생률에 차이가 있기 때문에 구체적인 연구가 필요하다. 미세조류 중 규조류는 전 세계적으로 발견되며 규산질로 구성된 cell wall 은 이미 산업적으로 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 해양 규조류 Nizschia frustulum과 Nitzschia amabilis를 이용하여 장기 동결보존을 위한 기초연구를 수행하였다. 동결보존제로는 세포막 침투성 보존제인 glycerol, DMSO, methanol을 각각 5, 10, 15% 농도로 제조하여 실험하였고 메탄올의 경우 시약 특성상 5, 10, 12% 농도로 실험하였으며 미세조류는 N. frustulum과 N. amabilis 두 종을 각각 $10^2$, $10^3$, $10^4cells\;ml^{-1}$로 희석하여 사용하였다. 실험에 사용한 미세조류 두 종 모두 메탄올 12%에서 가장 높은 생존율을 보였으며 N. frustulum은 $6.94{\pm}0.31%$, N. amabilis는 $8.85{\pm}0.16%$로 나타났다. 동결 후 해동한 미세조류를 3주간 재배양한 결과에서는 N. frustulum이 재배양 초기 농도보다 약10배 증가하였고 N. amabilis는 약12배 증가한 결과를 나타내었다. 본 연구에서는 유용생물자원인 미세조류 Nizschia sp.에 한하여 적합한 동결보존제를 탐색하였으며 이 자료를 바탕으로 더 많은 동결보존제에 대한 효과와 다양한 미세조류 종에 적합한 동결보존 기법 연구가 필요한 것으로 사료된다.