Algas vermelhas como fonte de compostos bioativos: estratégias de regulação, cultivo e aplicação

Abstract

A ampla biodiversidade das macroalgas as coloca em uma posição de destaque como fontes promissoras de moléculas com atividades biológicas interessantes. Em uma perspectiva biotecnológica, estes compostos podem ser utilizados como princípios farmacológicos, cosméticos e nutracêuticos. Visando a produção sustentável destas moléculas, desenvolver estratégias de cultivo de algas em laboratório é de extrema importância para garantir o escalonamento da produção destas moléculas. Para este estudo, foram escolhidas seis macroalgas vermelhas: Phycocalidia acanthophora, Porphyra linearis, Plocamium cartilagineum, Chondracanthus teedei, Osmundea pinnatifida e Gracilaria cornea. Para uma caracterização inicial, extratos aquosos e hidroalcoólicos de cada espécie foram preparados e avaliados em relação a seu conteúdo bioquímico e atividades biológicas de capacidade antioxidante, atividade inibitória da enzima colagenase e atividade fotoprotetora. Considerando o estado da arte apresentado na literatura e os resultados observados no experimento anterior, a espécie P. cartilagineum foi escolhida para os estudos de regulação ecofisiológica. Visando entender os mecanismos de fotoaclimatação desta alga em seu ambiente natural, um estudo de campo foi realizado, contendo amostras de lugares com maior e menor exposição solar durante um ciclo diário. A modulação da potencial atuação de fotorreceptores também foi analisada por meio de um experimento submetendo as algas a diferentes qualidades de luz e concentrações de nutrientes, simulando o padrão lumínico de um ciclo diário. Por fim, avaliou-se também o perfil químico de polissacarídeos sulfatados de P. cartilagineum e seu potencial anticâncer em diferentes linhagens celulares. Analisando os extratos das diferentes macroalgas, as espécies P. acanthophora e P. lineares foram as que mais se destacaram, apresentando as maiores concentrações de compostos fenólicos e aminoácidos tipo micosporinas (MAAs). Além disso, apresentaram capacidade antioxidante e elevado potencial para inibição da enzima colagenase. Ao serem incorporados a uma formulação cosmética, os extratos aquosos destas duas algas não foram citotóxicos para células da pele e melhoraram os fatores de proteção associados às atividades biológicas. No experimento de campo com a espécie P. cartilagineum, observou-se que as algas situadas em locais com maior exposição às radiações PAR e UV não sofriam fotoinibição ao longo do dia e acumulavam uma maior concentração de compostos fotoprotetores. O experimento para a modulação dos fotorreceptores evidenciou que as radiações UV e azul, associadas a uma maior concentração de nutrientes, foram as mais eficientes para aumentar as concentrações dos compostos de interesse. A extração e caracterização do polissacarídeo sulfatado de P. cartilagineum resultaram num polissacarídeo composto majoritariamente por galactose e com potencial citotóxico in vitro para a linhagem U-937, uma linhagem humana de leucemia. Além disso, o polissacarídeo demonstrou uma alta seletividade em relação às células saudáveis testadas. Como destaques do trabalho, constatou-se a ausência de toxicidade celular e um elevado potencial de extratos ricos em MAAs na inibição da enzima colagenase, colocando estas moléculas como potenciais agentes cosméticos. Por outro lado, o polissacarídeo de P. cartilagineum destacou-se na área farmacológica por sua citotoxicidade em células de leucemia. Por fim, a possibilidade de modulação da produção de compostos contribui com as perspectivas de escalonamento das moléculas de interesse.

Abstract: The wide macroalgae biodiversity stands the seaweeds as promisor source of molecules presenting interesting biological activities. In a biotechnological perspective, these compounds may be used as pharmaceutical, cosmetic and nutraceutical molecules. Aiming to ensure a sustainable production of these molecules, to develop strategies for algae cultivation in laboratory conditions is extremely important to guarantee the scale up for biocompounds production. For this study, six red macroalgae were chosen: Phycocalidia acanthophora, Porphyra linearis, Plocamium cartilagineum, Chondracanthus teedei, Osmundea pinnatifida and Gracilaria cornea. To an initial characterization, aqueous and hydroethanolic extracts of each species were prepared and evaluating regarding their biochemical content and biological activities as antioxidant capacity, potential to inhibit the enzyme collagenase and photoprotective potential. Considering the state of the art and the results observed in the screening study mentioned before, the specie P. cartilagineum was chosen to ecophysiological regulation studies. Aiming to understand the photoacclimation mechanisms of this alga in its natural environmental, a field study was performed, evaluating samples from different sites placed under higher and lower solar exposition during a daily cycle. The modulation of a potential action of photoreceptors was also analyzed through an experiment exposing the algae to different light qualities and nutrient concentrations, simulating a luminous pattern of a sunny daily cycle. Finally, the chemical profile of sulphated polysaccharides extracted from P. cartilagineum and anticancer potential in different cell lines were also evaluated. Analyzing the extracts of different macroalgae, the species P. acanthophora and P. linearis stand out when compared to the others, presenting the highest content of polyphenol content and mycosporine-like amino acids (MAAs). Furthermore, they also presented antioxidant capacity and the highest potential to inhibit the enzyme collagenase. When incorporated to a cosmetic formulation, the aqueous extracts from these two algae were not cytotoxic to epithelial cells and also enhanced the photoprotection factors associated to the biological activities. In the field study with P. cartilagineum, the algae placed in sites with higher exposition to PAR and UV radiations did not suffer photoinhibition throughout the day and accumulated a higher concentration of photoprotective compounds. The experiment to evaluate the modulation of photoreceptors evidenced that UV and Blue radiations, associated to a higher nitrate concentration, were the most efficient condition to increase the production of the interest compounds. The extraction and characterization of the sulphated polysaccharide from P. cartilagineum resulted on the obtention of a sulphated galactan, which presented an in vitro cytotoxic potential to U-937 cell line. Moreover, the polysaccharide exhibited a high selectivity comparing to health cell lines. As highlights of this thesis, it was verified the absence of cytotoxicity and a potential of aqueous extracts rich in MAAs in inhibit collagenase, standing out these molecules by their cosmetic potential. On another hand, the polysaccharide from P. cartilagineum was highlighted on pharmacological field by its cytotoxicity on leukemia cells. Finally, the possibility to modulate the production of these compounds contributes to the perspectives of scale up.