Produção de pigmentos por fungos antárticos e seu potencial antimicrobiano

Abstract

Nos últimos anos, houve o aumento na busca para adquirir produtos contendo ingredientes naturais. Pigmentos naturais vêm recebendo atenção especial do mercado e da indústria, uma vez que minimizam os danos à saúde e ao meio ambiente causados por pigmentos sintéticos. Esses pigmentos são adjuvantes em diversos produtos, agregando propriedades físico-químicas e biológicas e comumente extraídos de uma ampla gama de organismos, sendo que os pigmentos fúngicos apresentam vantagens como uma ampla gama de cores, rápido crescimento, fácil extração e independe das condições climáticas. Fungos de ambientes extremos tem se mostrado como uma abordagem promissora na busca de biomoléculas com potencial antimicrobiano. Assim, os objetivos deste estudo foram: Elaborar uma revisão bibliográfica sobre produção de pigmentos a partir de isolados antárticos, sua aplicação biotecnológica, toxicidade, mercado e levantamento de patentes destes pigmentos; Isolar e caracterizar fungos de solos da Geleira Collins (Antártica) por meio de análise morfológica e do sequenciamento da região ITS; Selecionar os isolados de fungos filamentosos produtores de pigmentos (extracelulares) e cultivá-los em estado submerso e estado sólido, bem como caracterizar os pigmentos produzidos e avaliar seu potencial antimicrobiano. A revisão bibliográfica verificou que poucos microrganismos antárticos foram patenteados para a produção de pigmentos, entre 12 espécies pesquisadas, apenas 4 possuem patentes registradas até o momento. Além disso, a revisão possibilitou o aprofundamento do tema e contextualização para o delineamento da pesquisa (capítulo II e III desta dissertação); O isolamento permitiu obter um total de 52 fungos isolados de solo de degelo da Geleira Collins-face sudeste, e se reativou 12 fungos da faceoeste da coleção de fungos antárticos do LAMPB/UFSC. Isto permitiu comparar os gêneros/espécies presentes nos dois transectos da geleira de estudo. A identificação presuntiva permitiu classificar esses isolados em 8 gêneros: Aspergillus, Cladosporium, Curvularia, Paecilomyces, Penicillium, Pseudogymnoascus, Talaromyces e Thelebolus. A análise filogenética possibilitou inferir espécies como Talaromyces cnidii e Pseudogymnoascus shaanxiensis, sendo o primeiro relato destas espécies no continente Antártico, sugerindo ampla dispersão e adaptação das espécies a ambientes frios. Além disso, os isolados de Pseudogymnoascus sp. (SC04.P3, SC12.P3 e ACF093) agrupam-se em clados distintos de outras espécies, podendo representar novas linhagens fúngicas. A triagem dos fungos produtores de pigmentos foi realizada com os 61 isoladosfilamentosos, dentre estes, 6 mostramse produtor de pigmentos extracelulares e foram selecionados para as próximas etapas de produção e extração de pigmentos. As linhagens selecionadas foram cultivadas em meio sólido de arroz por 14 dias a 15,0 ºC e os pigmentos foram extraídos com: metanol, água e acetato de etila. Os pigmentos apresentaram-se com pico de absorbância de carotenoides (495nm), melaninas (488nm) azafilonas (400nm) e naftoquinonas (540nm). A atividade antimicrobiana foi realizada pelo método de bloco de difusão em ágar e demonstrou que os pigmentos extraídos em acetato de etila dos isolados de Pseudogymnoascus sp. (4 isolados) inibiram o crescimento de Staphylococcus aureus ATCC 6538. Além disso, os pigmentos do gênero Pseudogymnoascus se mostraram solúveis em água, o que aumenta a viabilidade e a sustentabilidade do bioprocesso. As características dos pigmentos e os testes antimicrobianos mostraram que os isolados psicrofílicos Pseudogymnoascus sp. representam uma nova fonte promissora de pigmentos com atividade antimicrobiana. A caracterização química dos extratos se faz necessária para garantir a segurança dos extratos e a seu potencial aplicação na indústria de alimentos, cosméticos e têxteis.

Abstract: In recent years, there has been an increase in the search for products containing natural ingredients. Natural pigments have received special attention from the market and industry as they could overcome the harm to health and the environment caused by synthetic pigments. Natural pigments are adjuvants in several products, add physicochemical and biological properties, and are commonly extracted from a wide range of organisms. They present several advantages such as a wide range of colors, fast growth, easy extraction, and independence of climatic conditions. Fungi from extreme environments showed to be a promising source in the search for biomolecules with antimicrobial potential. Thus, the goals of this study were: Conduct a literature review on pigment production from Antarctic fungi, their biotechnological application, toxicity, market and patent survey of these pigments; Isolate and characterize soil fungi from Collins Glacier (Antarctic) through morphological analysis and ITS sequencing region; Screen fungi strains that produce extracellular pigments and cultivate them in submerged and solid state, as well as characterize the produced pigments and evaluate their antimicrobial activity. The literature review found that few Antarctic microorganisms were patented for the pigment production, among 12 species researched, only 4 have registered patents. In addition, the review made it possible to deepen the theme and contextualize the research lineation (chapters II and III); It was isolated a total of 52 fungi from the thaw soil of the Collins Glacier-southeast face, and 12 fungi from the west face from the LAMPB/UFSC Antarctic fungi collection were reactivated. This allowed comparing the genera/species present in the two transects of the study glacier. The presumptive identification (morphological) classified these isolates into 8 genera: Aspergillus, Cladosporium, Curvularia, Paecilomyces, Penicillium, Pseudogymnoascus, Talaromyces and Thelebolus. The phylogenetic analysis infer species such as Talaromyces cnidii and Pseudogymnoascus shaanxiensis, which is the first report of these species in the Antarctic, suggesting wide dispersion and adaptation of the species to cold environments. In addition, Pseudogymnoascus sp. (SC04.P3, SC12.P3 and ACF093) were clustered in distinct clades and may represent new fungal lineages. The screening of pigment-producing fungi was carried out with the 61 filamentous isolates, among which 6 were shown to produce extracellular pigments and were selected for the next stages of pigment production and extraction. The selected strains were cultivated in rice solid medium for 14 days at 15.0 ºC and the pigments were extracted with: methanol, water and ethyl acetate. The pigments presented a maximum absorbance of carotenoids (495nm), melanins (488nm), azaphyllones (400nm) and naphthoquinones (540nm). Antimicrobial activity was performed by the agar diffusion block method and demonstrated that the pigments extracted in ethyl acetate from Pseudogymnoascus sp. (4 isolates) inhibited the growth of Staphylococcus aureus ATCC 6538. In addition, Pseudogymnoascus pigments were shown to be soluble in water, which could increasesthe viability and sustainability of the bioprocess. Pigment characteristics and antimicrobial tests showed that the psychrophilic Pseudogymnoascus sp. represent a potential new source of pigments with antimicrobial activity. Extract chemical characterization is mandatory to guarantee the extract safety and their potential application in the food, cosmetics and textile industries.