Análise molecular da produção do ácido eicosapentaenoico (EPA) pela microalga Phaeodactylum tricornutum em um contexto ecofisiológico

Abstract

Os ácidos graxos poli-insaturados de cadeia longa (PUFA), especialmente os ácidos Eicosapentaenoico (EPA) e Docosahexaenoico (DHA) da família ?-3 são reconhecidos como nutracêuticos e desempenham papéis importantes na sanidade animal e humana. Entretanto, existe uma crescente preocupação tanto em relação à possível contaminação, quanto à sustentabilidade no fornecimento da matéria-prima fonte desses ácidos graxos. Nesse cenário, as microalgas (produtoras naturais de PUFA) podem se tornar uma fonte alternativa à produção de ácidos graxos poli-insaturados. Uma espécie, Phaeodactylum tricornutum, naturalmente acumula elevadas concentrações de EPA, o que faz dessa diatomácea uma espécie promissora como fonte de PUFA ?-3. Contudo, ainda não é bem compreendido qual é a possível interação ambiental na biossíntese de EPA em um nível molecular. Em um primeiro estudo, foi avaliada a possível modulação nos níveis de transcrição de seis genes envolvidos na biossíntese de EPA ? as desaturases PTD15, PTD6, PTD5 alfa e beta e as elongases ELO6 b1 e b2 ? em diferentes razões N/P (21/1, 14/1 e 7/1) e em diferentes fases de cultivo. Todos os níveis de transcrição foram dependentes da fase de cultivo, enquanto somente dois genes (PTD6 e PTD5 alfa) foram modulados por uma razão N/P. O perfil de expressão gênica (PTD5 alfa) pode estar associado aos níveis de EPA em pelo menos em uma razão N/P (21/1). Com os dados dos níveis de transcritos, concentrações de EPA e a falta de alguns intermediários da via poderiam indicar algum tipo de regulação entre a transcrição gênica e a biossíntese de EPA. Já em um segundo trabalho, foi verificada a influência de três diferentes fotoperíodos (24:0, 16:8 e 12:12) na transcrição dos mesmos seis genes da via de síntese de EPA. Os níveis de transcrição foram distintos entre os três regimes de iluminação empregados, com um padrão de sobre-expressão no fotoperíodo 12:12 em relação aos outros dois tratamentos. No fotoperíodo 16:8, os perfis dos transcritos atingiram um pico de expressão ao final do período escuro. Já as culturas iluminadas continuamente não apresentaram mudanças nos perfis de expressão relativa dos genes associados. Por último, os genes PTD5 alfa e PTD6 apresentaram um padrão de coexpressão em todos o tratamentos, possivelmente indicando a importância de ambos na biossíntese de EPA.

Abstract : The long chain polyunsaturated fatty acids (PUFA), notably the Eicosapentaenoic (EPA) and Docosahexaenoic (DHA) acids of the ?-3 family are acknowledged as nutraceuticals and play important roles in human and animal health. However, there is a crescent concern in a possible contamination, as well as the sustainability in the fatty acids natural sources supply. In this scenario, microalgae (natural PUFA producers) could become an alternative source at PUFA production and supply. One species, Phaeodactylum tricornutum, naturally accumulates high EPA contents, which makes this diatom a promising species as a ?-3 PUFA source. Nevertheless, it is still not well understood the possible environment interaction on EPA biosynthesis on a molecular level. In the first study, it was evaluated the possible modulation of six gene transcript levels involved in EPA biosynthesis ? desaturases PTD15, PTD6, PTD5 alfa, beta and elongases ELO6 b1, b2 ? in different N/P ratios (21/1, 14/1 and 7/1) and in different cultivation phases. All gene transcription levels were growth phase dependent, while only two genes (PTD6 and PTD5 alpha) were modulated by N/P ratios. At least in one N/P ratio (21/1), one gene expression profile (PTD5 alpha) might be associated with the EPA levels. Data from gene transcripts, EPA concentration, and the lack of some EPA intermediates might indicate some type of regulatory step between gene transcription and actual EPA biosynthesis. In the second work, it was verified the influence of three different photoperiods (24:0, 16:8 and 12:12) in the transcription levels of the same six genes involved in EPA biosynthesis. The transcription levels were distinct among the three illumination regimes employed, with a 12:12 photoperiod upregulation pattern in relation to the other two treatments. In the 16:8 photoperiod, the transcript profiles presented an upregulated expression peak at the end of the dark period. While the cultures with continuous illumination did not present changes at the relative associated gene expression levels. Lastly, the PTD5 alpha and PTD6 genes showed a co-expression pattern in all treatments, which possibly indicates the importance of both expression products in the EPA biosynthesis.