Purificação e fracionamento de ficobiliproteínas de Arthrospira platensis e Corallina officinalis com avaliação de suas atividades biológicas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14270 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

As ficobiliproteínas (PBPs) são uma classe de pigmentos solúveis em água com uma variedade de funções biológicas que estão presentes em macroalgas vermelhas e espécies de cianobactérias. As formas brutas de ficocianina (C-PC) da alga verde azul Arthrospira platensis e aloficocianina (APC) da macroalga vermelha Corallina officinalis foram extraídas e purificadas por precipitação com sulfato de amônio, cromatografia de troca aniônica e cromatografia de exclusão de tamanho, respectivamente. O C-PC e APC obtidos de A. platensis e C. officinalis foram 0,31 mg/mL e 0,08 mg/mL, respectivamente, com massas moleculares de “17,0 KDa e 19,0 KDa” e “15,0 KDa e 17,0 KDa” correspondendo a α e subunidades β, respectivamente. O FT-IR foi utilizado para caracterizar o APC e o C-PC purificados, a fim de examinar suas estruturas. Extratos altamente purificados (A620/A280 > 4,0) foram obtidos a partir de subtrações de PC3 e PC4 que foram testadas quanto às suas atividades biológicas. Os extratos brutos APC e C-PC mais suas frações exibiram potente antioxidante em diferentes proporções usando três técnicas. PC1 apresentou alta atividade antiinflamatória (75,99 e 74,55%) e antiartrítica (78,89 e 76,92%) para C. officinalis e A. platensis, respectivamente, em comparação com medicamentos padrão (72,02 e 71,5%). Os extratos metanólico e aquoso de ambas as espécies apresentaram maior eficácia antibacteriana contra bactérias Gram +ve do que bactérias marinhas Gram-ve. Nosso estudo esclareceu os potenciais usos médicos de C-PC e APC extraídos das espécies testadas como substâncias naturais em uma variedade de alimentos e medicamentos. Mais investigações são necessárias para explorar as diversas naturezas químicas de PBPs distintos de diferentes cianobactérias e algas vermelhas, porque suas sequências de aminoácidos variam entre as diferentes espécies de algas.

As espécies Cyanophyte, Cryptophyte, Cyanelle e Rhodophyte possuem ficobilissomas (PBSs) que atuam como antenas do aparelho de pigmento fotossintético. Os ficobilissomos contêm várias ficobiliproteínas (PBPs), que são uma categoria de pigmentos proteicos acessórios que permitem que essas espécies de algas colham energia luminosa fora dos comprimentos de onda absorvidos pela clorofila e carotenóides, e são responsáveis ​​por cerca de 50% da captura de luz de cianobactérias e algas vermelhas . Estas proteínas solúveis em água altamente coloridas contribuem com 30-50% da capacidade total de captação de luz destas biotas, absorvendo luz na faixa visível de 450-650 nm, onde a clorofila absorve mal nesta faixa. Eles então transferem a energia para os complexos proteicos de clorofila do fotossistema 2 nas lamelas fotossintéticas2.

Existem mais de dez PBPs diferentes conhecidos, que podem ser classificados em quatro grupos com base no comprimento de onda e na presença de diferentes cromóforos: as ficoeritrinas (PEs) têm um pico em 545–566 nm; ficoeritrocianinas a 480–580 nm; ficocianinas (PCs) em 569–645 nm; e aloficocianinas (APCs) em 540–671 nm3. A abundância de PBPs é muito elevada (aproximadamente 40-60% do conteúdo total de proteínas e 20% do peso seco das cianobactérias)4. As PBPs (PE, PC e APC) variam dependendo de sua posição taxonômica e condições de cultura2. As ficobiliproteínas são compostas de subunidades polipeptídicas α e β diferentes5. Espécies de cianobactérias e algas vermelhas são as principais algas utilizadas para a produção comercial de ficobiliproteínas, que são utilizadas como corantes, marcadores fluorescentes e ferramentas de diagnóstico6. O método de extração de ficobiliproteínas inclui a ruptura celular para liberar as proteínas de dentro para fora da célula da alga. Embora as paredes celulares das cianobactérias sejam incrivelmente resistentes, as das criptófitas são muito suscetíveis à ruptura7. Em particular, a extração de ficocianina é um desafio devido às paredes celulares espessas e aos altos níveis de contaminantes8. Devido às suas propriedades antioxidantes, antitumorais e fotossensibilizantes, bem como à sua utilidade como marcadores fluorescentes, os PBPs atraíram recentemente muito interesse nos campos da biotecnologia de alimentos e medicamentos . A indústria farmacêutica está mais interessada na pesquisa de PBPs para aplicações medicinais. Com base no relatório da Future Market Insights, o mercado de PBPs valia 112,3 milhões de dólares em 2018 e prevê-se que duplique de valor até 202810. Tanto o C-PC como o APC foram descritos como fortes agentes antioxidantes contra os radicais livres, podendo ser relacionado às suas porções proteicas que são cruciais para o processo de eliminação de radicais livres11. Especialmente, o C-PC tem sido utilizado como uma proteína natural em alimentos e pesquisas biomédicas devido às suas atividades hepatoprotetora, antioxidante, eliminadora de radicais livres, anti-inflamatória, antiartrítica, antitumoral e marcação fluorescente em pesquisas biomédicas. Comercialmente, o C-PC é produzido a partir de cepas de cianobactérias como A. platensis13. De acordo com vários estudos, A. platensis gera PC como pigmento primário, além de APC e vestígios de PE14. As aplicações econômicas do C-PC dependem principalmente de sua pureza, que geralmente está poluída com outras proteínas fotossintéticas, particularmente APC12. Além disso, as APCs são frequentemente empregadas como sondas proteicas fluorescentes em procedimentos bioquímicos, especialmente citometria de fluxo . As APCs têm muitas aplicações biotecnológicas, incluindo antioxidante17 e antivírus18. Apesar do facto de a APC ser uma proteína útil, a sua utilização é um tanto limitada pelas dificuldades de purificar grandes quantidades da proteína. Devido à baixa concentração de APC em cianobactérias e macroalgas, o que torna a sua separação e purificação em quantidades consideráveis ​​um trabalho desafiador, damos especial ênfase à purificação de APC de C. officinalis. Os objetivos deste estudo foram identificar as ficobiliproteínas dominantes em duas espécies diferentes de algas Corallina officinalis de Rhodophyta (APC) e Arthrospira platensis de Cyanophyta (C-PC). Além de avaliar as atividades antioxidante, antiinflamatória, antiartrítica e antibacteriana de cada fração in vitro.