Bioprospecting anti-inflammatory compounds in three diatoms, Cylindrotheca closterium, Cylindrotheca fusiformis and Nanofrustulum shiloi

• Autor(a) principal: Kautzmann, Britta
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/18991
• topic: Diatomácias; Inibição da enzima conversora da angiotensina; Inibição da ciclooxigenase-2; Actividade antioxidante; Domínio/Área Científica::Ciências Sociais::Outras Ciências Sociais

As microalgas como produtores primários e na sua maioria fotossintéticos são consideradas organismos importantes para o equilíbrio ambiental, pela sua elevada capacidade de fixar CO2, o que contribui para o sequestro global deste composto. As microalgas pela sua diversidade e composição bioquímica são ainda descritas como uma fonte de compostos bioativos, que se encontra pouco explorada, mas que tem diversas aplicações biotecnológicas. Este grupo de organismos podem ser classificados de diversas formas, sendo a mais comum baseada no perfil de pigmentos, que lhes confere diferentes cores. Os grupos mais frequentemente descritos dividem-se em algas procarióticas, que engloba as "algas azuis" (Cyanophyta), algas eucarióticas, que inclui as algas verdes (Chlorophyta), castanhas (Phaeophyceae), castanho-douradas (Chrysophyceae), vermelhas (Rhodophyta), e mais dois grupos principais como dinoflagelados (Dinoflagellata) e as diatomáceas (Bacillariophyceae). Os compostos provenientes da biomassa de microalgas são utilizados em várias indústrias, como a alimentar humana e animal (produção de rações), agrícola (fertilizantes), farmacológica e energética. Compostos como ácidos gordos essenciais, proteínas e carotenoides, entre outros, podem ser encontrados em microalgas, tendo a maioria sido reportada como contendo atividades antioxidantes e anti-inflamatórias. A investigação ligada à procura de novos compostos tem como principal objetivo encontrar novos ingredientes ativos para desenvolvimento de fármacos que possam ser utilizados em doenças comuns na população, como as doenças inflamatórias crónicas. Um dos grupos de microalgas menos explorado na área biomédica e farmacêutica são as diatomáceas. Estes organismos, estão envolvidos por uma frústula bipartida, uma estrutura vítrea e translúcida formada por sílica e que forma a sua parede celular. As diatomáceas têm dois tipos de divisão celular, mitótica por divisão celular vegetativa e reprodução sexual, por meiose. A divisão celular vegetativa ocorre através da divisão da membrana plasmática na célula parental com a construção da respetiva segunda válvula nas células filhas. O conteúdo celular das diatomáceas inclui pigmentos fotossintéticos como a clorofila, em particular as clorofilas a e c1, c2 e c3, bem como a fucoxantina. Ambos os pigmentos são conhecidos pela sua forte capacidade antioxidante e anti-inflamatória. Foram ainda reportados na sua composição compostos bioativos com capacidade antioxidante, como fenólicos, ácidos gordos polinsaturados (PUFA), flavonoides, tocoferóis e alcaloides. A produção de diatomáceas marinhas requer nutrientes, fornecimento de luz e um sistema de cultivo adequado. Os sistemas de produção podem ser divididos em 2 grupos: sistemas fechados e abertos. Sistemas abertos, que podem ser tanques abertos ou raceways (sistemas que possuem uma pá mecânica que movimenta a cultura), são mais utilizados, em instalações de larga escala, para produção de biocombustíveis e fertilizantes. Os sistemas fechados, que incluem os fotobiorreatores (PBRs), podem apresentar vários formatos, desde colunas, painéis planos e PBRs tubulares. São sistemas translúcidos, equipados com sistemas de aeração e menos sujeitos aos fatores externos. São usados na produção de compostos de alto valor comercial uma vez que sendo sistemas fechados permitem exercer um maior controlo sobre as condições de cultivo. Neste sentido, o objetivo principal deste trabalho foi avaliar a capacidade antioxidante e anti-inflamatória para valorização da biomassa de três espécies de diatomáceas marinhas, nomeadamente Cylindrotheca closterium, Cylindrotheca fusiforme e Nanofrustulum shiloi. As microalgas Cylindrotheca eram provenientes da coleção do laboratório MarBiotech (CCMAR, Universidade do Algarve) e Nanofrustulum shiloi, foi fornecida como pasta ultracongelada pela empresa Necton (Olhão). No que respeita às duas espécies de Cylindrotheca em estudo, numa primeira etapa, foi necessário proceder em condições laboratoriais ao aumento de escala para produção de 10 g de biomassa seca de cada espécie. Numa segunda fase, a biomassa das três microalgas foi extraída com diferentes solventes, nomeadamente hexano, acetato de etilo e etanol. Por usa vez, os extratos gerados foram usados para a determinação da sua capacidade antioxidante e anti-inflamatória. Para a determinação da atividade antioxidante, foram realizados ensaios de DDPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl) e ensaios de atividade redutora de ferro, como uma etapa de triagem para os consequentes testes anti-inflamatórios. Estes consistiram em ensaios de inibição de enzima conversora da angiotensina (ECA) e de inibição da ciclooxigenase-2 (COX-2). A última fase correspondeu à identificação tentativa dos compostos bioativos responsáveis pelas atividades. Os extratos etanólicos de C. fusiformis e de N. shiloi demonstraram ser os mais ativo nos ensaios anti-inflamatórios, exibindo uma capacidade de inibição da COX-2 de 63.78% e de 67.73% para N. shiloi e C. fusiformis, respetivamente. No ensaio de inibição da ECA obtiveram-se valores de 58.93% e de 48.72% de inibição para N. shiloi e C. fusiformis, respetivamente, quando testados a uma concentração de 1 mg ml-1. Posteriormente o extrato etanólico de Nanofrustulum shiloi foi selecionado para ser fracionado por cromatografia líquida. As frações contendo massa suficiente foram novamente analisadas e os resultados obtidos levaram à seleção final de 2 frações (F10, F13). Ambas demonstraram inibição da ECA de 82.76% (F 10) e de 92.47 % (F13) à concentração de 0.5 mg ml-1. Ambas foram ainda testadas quanto à sua capacidade para inibir a ciclooxigenase-1 (COX-1), sendo a fração F10 inibidora seletiva da COX-2 (83.44% à concentração de 0.5 mg ml-1) e a fração F13 apresentando uma inibição significativamente mais forte da COX-2 (81.93% à concentração de 0.5 mg ml-1) do que da COX-1 (20.10% à concentração de 0.5 mg ml-1). As duas frações foram submetidas a cromatografia gasosa combinada com espectrometria de massa (GC-MS) para determinar os possíveis compostos ativos responsáveis pela atividade anti-inflamatória. Em ambas as frações foram detetados ácidos gordos polinsaturados (PUFAs) omega-3, com efeitos anti-inflamatórios conhecidos, que podem ter origem em compostos de natureza lipídica abundantes em microalgas como os acilgliceróis, fosfolípidos, glicolípidos, entre outros. Foram ainda observados carotenoides nas duas frações ativas, revelados pela intensa coloração laranja ou verde. Contudo, a sua análise por cromatografia líquida (HPLC), não possibilitou a identificação de carotenoides conhecidos. A presença de compostos com absorvância no comprimento de onda entre 230-260 nm indicam ainda a presença de compostos fenólicos. À escala laboratorial as culturas de C. fusiformis apresentaram melhores resultados de crescimento do que C. closterium, sugerindo a sua aplicação para ensaios de produção a escala industrial. Os resultados referentes às propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias, demonstram que os extratos etanólicos para as microalgas C. fusiformis e N. shiloi possuem atividade antioxidante e anti-inflamatória e, assim, potencial biotecnológico.