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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1976 (2023) Citare questo articolo

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Abbiamo studiato la risposta fisiologica e trascrittomica dell'Escherichia coli nella fase stazionaria iniziale ai diodi emettitori di luce con diverse lunghezze d'onda. La crescita e i cambiamenti metabolici di E. coli O157:H7 sono stati esaminati sotto l'influenza di una luce illuminata a 465, 520 e 625 nm. Con un'illuminazione a 465 nm, la crescita di E. coli O157:H7 è stata significativamente ritardata rispetto all'illuminazione a 520 nm e 625 nm e al controllo non illuminato. I cambiamenti metabolici sono stati esaminati in queste condizioni di illuminazione e non illuminate sulla base di letture trascrittomiche. La risposta trascrittomica sotto 520 nm e 625 nm è rimasta quasi simile al controllo, ad eccezione di pochi geni up e down-regolati. Le letture trascrittomiche metaboliche dei carboidrati erano notevolmente sottoregolate con un'illuminazione a 465 nm rispetto all'illuminazione a 520 nm e 625 nm e al controllo non illuminato che mostrava l'esaurimento del glucosio come unica fonte di energia durante la fase esponenziale. La degradazione degli acidi grassi, come i geni correlati al regulon, è stata sovraregolata nelle cellule sotto un'illuminazione a 465 nm, rivelando lo spostamento delle cellule verso l'utilizzo dell'acido grasso come nuova fonte di energia del carbonio durante la fase stazionaria iniziale. Esposizione di cellule E. coli O157:H7 a geni del fattore di virulenza down-regolati con luce illuminata a 465 nm come hlyA, hlyB, hlyC, stx1A, stx2B, paa e bdm. Sotto lo stress dell'illuminazione a 465 nm, l'espressione dei geni correlati allo stress e alla motilità flagellare veniva sovraregolata causando il consumo di energia e la riduzione della crescita cellulare. Inoltre, le letture trascrittomiche fosforilate ossidative erano sovraregolate sotto un'illuminazione a 465 nm, probabilmente a causa della produzione di ROS che potrebbe comportare la riduzione della crescita cellulare durante la fase stazionaria iniziale. Questi risultati indicano che l'E. coli O157:H7 patogeno risponde in modo differenziale a una diversa lunghezza d'onda dei diodi emettitori di luce utilizzati in questo studio.

La produzione di piante da interno con diodi emettitori di luce artificiale è di grande interesse oggigiorno se si considera la produzione di verdure biologiche in un ambiente pulito e di controllo preciso e la lotta alle risorse del territorio e ai fattori ambientali1. Diversi tipi di verdure come pomodori, patate, peperoncini, cavoli e lattuga sono stati coltivati ​​con successo in fabbriche indoor1. Luce, temperatura, umidità, aria e nutrizione sono i fattori più essenziali per la crescita delle piante. Le fabbriche di piante da interno in ambienti controllati hanno un potenziale di produzione e vantaggi più elevati rispetto all’orticoltura tradizionale. Poiché è già stato dimostrato che il cambiamento climatico è coinvolto in grandi perdite di produzione alimentare2,3. Inoltre, i cambiamenti climatici e i disastri naturali hanno un impatto negativo sulle principali produzioni agricole, come la produzione di mais nella Cina nordorientale, ridotta della metà dal 1997 al 20174. Si stima che questi cambiamenti meteorologici estremi possano portare a gravi carenze alimentari e fame per 170 persone. milioni di persone entro il 20805,6.

Per far fronte alla carenza di cibo, la produzione di piante da interno è considerata il miglior approccio alternativo che necessita di luci artificiali per la fotosintesi delle piante. Tra le luci artificiali, i diodi emettitori di luce (LED) sono considerati l'opzione migliore poiché presentano numerosi vantaggi come l'assenza di lampade al mercurio a bassa pressione (LPM), dimensioni ridotte, lunga durata, non termici e possono anche essere utilizzati in modo efficiente per aumentare i valori nutrizionali, e controllare la popolazione microbica nelle piante e nelle verdure7,8. L'effetto dei LED con diverse lunghezze d'onda è stato studiato in precedenza per studiarne gli effetti su frutta e verdura. Ad esempio, i LED da 660 nm si sono rivelati efficaci per l'accumulo predominante di carotenoidi (β-cry) nei mandarini Satsuma9. Inoltre, i LED blu (465 nm) e rossi (625 nm) sulle piantine di piselli hanno aumentato la concentrazione dei contenuti di clorofilla e β-carotene10.