The incidence of diseases brought on by resistant strains of micro-organisms, including tuberculosis, is rising globally as a result of the rapid rise in pathogenic micro-organism resistance to antimicrobial treatments. Secondary metabolites with potential for antibacterial activity are produced by cyanobacteria and microalgae. In this study, gram-positive (S. aureus, E. faecalis) and gram-negative (K. pneumoniae, A. baumannii, P. aeruginosa) bacteria were isolated from pulmonary tuberculosis patients receiving long-term antituberculosis therapy. The antimicrobial potential of extracts from the cyanobacteria Leptolyngbya cf. ectocarpi, Planktothrix agardhii, Arthrospira platensis, Rohotiella mixta sp. nov., Nanofrustulum shiloi, and Tetraselmis (Platymonas) viridis Rouchijajnen was evaluated. On mouse splenocytes and peritoneal macrophages, extracts of cyanobacteria and microalgae had inhibitory effects. In vitro studies have shown that cyanobacteria and microalgae extracts suppress the growth of bacteria and mycobacteria. At the same time, it has been demonstrated that cyanobacterial and microalgal extracts can encourage bacterial growth in a test tube. Additionally, the enhanced fucoxanthin fraction significantly reduced the development of bacteria in vitro. In a mouse experiment to simulate tuberculosis, the mycobacterial load in internal organs was considerably decreased by fucoxanthin. According to the information gathered, cyanobacteria and microalgae are potential sources of antibacterial compounds that can be used in the manufacturing of pharmaceutical raw materials.

Диатомовая водоросль Cylindrotheca closterium (Ehrenb.) Reimann et Lewin характеризуется высокой продуктивностью (до 1,5 гсух·л-1·сут-1) и способностью накапливать ценный каротиноид фукоксантин (до 2 % от сухой массы). Азот является одним из важнейших компонентов в питательной среде, существенно влияющих на продукционные характеристики микроводорослей. Цель работы — сравнить продукционные характеристики C. closterium при использовании разных форм азота в питательной среде в интенсивной накопительной культуре. В первом эксперименте источником азота служили нитрат и нитрит натрия, мочевина, азот в аммонийной форме. Отношение азота к фосфору (N : P) составляло 15 : 1. Во втором эксперименте источником азота служили аргинин, аспарагин и цистеин. Показана возможность использования диатомеей C. closterium для своего роста различных органических источников азота: мочевины, цистеина, аспарагина. Определены продукционные характеристики в интенсивной накопительной культуре C. сlosterium при применении мочевины, цистеина и аспарагина в качестве единственного источника азота в питательной среде RS. Показано, что при добавлении мочевины продуктивность достигала своих максимальных величин — 1,5 гсух·л-1·сут-1. Использование цистеина в стационарной фазе роста также целесообразно для увеличения времени этой фазы при минимальных концентрациях источника азота в питательной среде. Установлено, что C. сlosterium способна расти и вегетировать при достаточно высоких концентрациях нитрита; добавление азота в аммонийной форме в питательную среду во время активного роста водоросли приводит к ингибированию всех процессов метаболизма и к гибели культуры. При выращивании диатомеи для получения максимального выхода биомассы целесообразно применять мочевину в качестве дополнительного источника азота: именно при её добавлении зафиксированы максимальная продуктивность микроводоросли и продолжительная стационарная фаза роста, способствующая дальнейшему синтезу фукоксантина в культуре.

The article summarizes original and literary data on different aspects of studying Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann et Lewin 1964 in two biotopes – phytoplankton and microphytobenthos – of the Black Sea, the Sea of Azov, and the Sea of Japan for the period from 1976 to 2016. The aim of the work is to present the results of the study mainly of own data on the morphology, systematics and ecology of C. closterium in different seas and under cultivation in the laboratory. Information on the history of the species origin and its nomenclature changes is given. C. closterium belongs to the phylum Bacillariophyta, class Bacillariophyceae, order Bacillariales Hendey 1937, family Bacillariaceae Ehrenb. 1831, genus Cylindrotheca Rabenhorst 1859 emend. Reim. et Lewin 1964. This benthoplanktonic species occurs in the plankton, in littoral and sublittoral zones of the seas. The species is marine and brackish-water; it is a cosmopolite common in different geographical zones of the World Ocean. The results of studying alga by various methods under natural and experimental conditions in light and transmission electron microscopes of C. Zeiss LIBRA-120 are presented. The quantitative data of C. closterium were determined by direct counting of the cells in the Goryaev’ camera (V = 0.9 mm³) in light microscopes BIOLAM L-212, C. Zeiss Axioskop 40 with the program AxioVision Rel. 4.6 at 10×40, 10×100, and Olympus BX41 (Tokyo, Japan) with lenses UPLanF140× and 100×1/30 oil immersion. Cultivation of C. closterium was carried out in the cumulative mode on the nutrient medium F, volume of 1 L under light intensity of 13.7 klx and temperature of +20…+21 °C. Morphology data of this species from different seas were obtained. The average cell sizes of C. closterium are: 25–260 µm length, 1.5–8 µm width; 12–25 fibulae in 10 µm. The results of cultivation in the laboratory conditions showed that the average cell sizes reached 148.17 µm (length) and 8 µm (width) at the temperature of +19…+20 °C and light intensity of 13 klx; length of cells reached 162.12 µm in the exponential phase of growth and 172.07 µm – in the stationary phase. C. closterium has an important practical significance as a source of fucoxanthin, since this alga is intensively cultivated for production of biologically active substances. Our experimental data showed that during laboratory cultivation the fucoxanthin concentration in a diatom biomass can reach 11 mg·g-1 of dry mass. The new data obtained are relevant and important; they can be used in different fields of science and medicine. The seasonal dynamics of population abundance of C. closterium in different ecotopes (epizoon of invertebrates and their food spectra, epiphyton of bottom vegetation, periphyton of the experimental and anthropogenic substrates of the different seas) is presented for the first time. The maximum abundance of the species population (65.6·10³ cells·cm-2) was registered in the epizoon of the mussel Mytilus galloprovincialis Lam. in March at the water temperature of +7.7 °C at a depth of 2.5 m in the Black Sea. The maximum abundance was registered in the epiphyton of green algae (896·10³ cells·cm-2) and in the periphyton of asbestos plates (728·10³ cells·cm-2) in August at the water temperature of +24.5 °C in the Sea of Japan. The abundance dynamics of C. closterium natural populations in the local habitats changed depending on the season, the depth, and the type of substrate. The similarities and differences in the distribution of C. closterium in the sea microphytobenthos are discussed.

Эффективность утилизации углерода является важной характеристикой объекта культивирования. Известно, что диатомовая водоросль Cylindrotheca closterium (Ehrenberg) Reimann & J. C. Lewin может эффективно использовать углерод из водной среды, так как имеет множество уникальных карбоноангидраз и углеродных транспортёров. Между тем эффективность фиксации углерода для многих видов диатомей в культуре по-прежнему неизвестна. Для её расчёта ряд авторов используют разную терминологию и способы, что приводит к значительным трудностям при сравнении эффективности фиксации углерода в биомассе различных видов микроводорослей. Цели работы: 1) на основе современных представлений о фиксации углерода в биомассе микроводорослей, а также о поглощении неорганического углерода культурой микроводорослей актуализировать используемые в литературе термины и определения; 2) оценить эффективность фиксации углерода в биомассе диатомеи C. closterium в условиях накопительного культивирования. Культуру C. closterium выращивали при температуре +20 °C в интенсивном режиме на питательной среде RS. В процессе выращивания культуру барботировали воздухом (1,1 л воздуха на 1 л культуры в минуту). Температура воздуха на выходе из суспензии составляла +19 °C, максимальная продуктивность культуры — 1,254 г·л−1·сут−1. По результатам CHN-анализа, доля углерода в сухой биомассе C. closterium составляла 23 %. В условиях накопительного культивирования у C. closterium эффективность фиксации углерода в биомассе достигла 90 %. По сравнению с другими видами водорослей C. closterium характеризуется достаточно высокой эффективностью фиксации CO2. Так, у зелёных микроводорослей Chlorella protothecoides и Ch. vulgaris эффективность фиксации CO2 составляет 20 % и 55,3 % соответственно, у цианобактерии Spirulina sp. — 38 %, у красной микроводоросли Porphyridium purpureum — 69 %. Отмечено, что для обеспечения прироста 1 г сухой биомассы C. closterium в сутки при температуре +19 °C необходимо затратить минимум 0,46 л CO2, или 1132 л воздуха. Возможно, именно высокая эффективность фиксации углерода, а также низкая доля углерода в биомассе C. closterium позволяют объяснить высокие продукционные показатели этого вида. В равных условиях культивирования по свету и обеспеченности углеродом продуктивность C. closterium может превышать продуктивность других видов микроводорослей в 5–10 раз. Так, у Spirulina sp. продуктивность достигает 0,2 г·л−1·сут−1, у C. closterium — 1,254 г·л−1·сут−1.

Bioaccumulation by diatoms, as the first stage of biomineralisation, has been widely studied for various metals, such as cadmium, copper, zinc, aluminium, gold, silver, etc. However, despite the fact that the mining and utilization of rare earth elements (REEs) are currently increasing, there is almost no data on their bioaccumulation by diatoms. Therefore, the aim of this study was to determine the ability of diatoms to bioaccumulate REEs by the example of lanthanum (La), and to compare this ability for two marine diatoms Nanofrustulum shiloi and Halamphora kolbei. As a result of experiments on the cultivation of diatoms in nutrient media supplemented with La at concentrations of 10 mg·L⁻¹ and 50 mg·L⁻¹, energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed the ability of diatoms to bioadsorb La on their frustule surface, as a first stage of its bioaccumulation. The high concentration of La (50 mg·L⁻¹) has a noticeable visual effect on the morphofunctional state of diatoms and causes a decrease in the rate of accumulation. The low concentration (10 mg·L⁻¹) promotes the hyperaccumulation of La by the diatom biomass as a whole, including both bioadsorption and bioabsorption within the cells. This resulted in an increase in La concentration in the biomass by nearly 2000-fold in H. kolbei (6.06 mg·g⁻¹) and by 1000-fold in N. shiloi (6.90 mg·g⁻¹). The results on La bioaccumulation by diatoms are significant for advancing methods to remediate aquatic environments contaminated with rare earth elements and for the bioindication purposes.