Caracterização e bioprospecção da biomassa de cianobactérias e microalgas presentes em reservatórios de água visando seu potencial biotecnológico

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Médice, Rhuana Valdetário
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bioinformática; Cianobactérias; Cyanobacteria; Environmental management; LC-MS/MS; LC-MS/MS natural products; Metabólitos secundários; Metabolômica; Metabolomics; Monitoramento ambiental; Produtos naturais; Secondary metabolites
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9143/tde-12122023-113247/

Florações de cianobactérias têm ocorrido com mais frequência e severidade em reservatórios de água do mundo todo. Essas florações prejudicam os ecossistemas, comprometem a qualidade e uso da água para atividades humanas, e preocupam quanto à possível produção de cianotoxinas. Contudo, para além das cianotoxinas, os metabólitos secundários de cianobactérias englobam uma variedade de compostos, muitos deles ainda pouco estudados, com estruturas e atividades biológicas diversas. A investigação do perfil químico da biomassa de cianobactérias permite a identificação de compostos tóxicos e a priorização de moléculas com potencial biotecnológico e pode aprimorar as estratégias de gestão de florações cianobacterianas em reservatórios, garantindo a qualidade da água e a saúde dos ecossistemas, ao mesmo tempo em que abre possibilidade para a exploração do potencial biotecnológico dos metabólitos secundários de cianobactérias. No presente trabalho, utilizamos a metabolômica baseada em espectrometria de massas e ferramentas bioinformáticas, combinadas a ensaios de bioatividade para investigar os perfis químicos de duas biomassas, uma delas coletada em um reservatório no estado do Rio de Janeiro (RJ) e outra coletada em um reservatório no estado de Minas Gerais (MG). As análises metabolômicas não direcionadas do extrato orgânico produzido a partir da biomassa coletada no reservatório do RJ mostraram a presença de quatro classes de cianopeptídeos: microcistinas (MC), microgininas (MG), aeruginosinas (AER) e cianopeptolinas (CP). Esse extrato e algumas de suas frações apresentaram toxicidade aguda (LC50 =278 &#181;g/mL) nos ensaios com o microcrustáceo Artemia salina. Utilizando as plataformas NP Analyst e Data Fusion-based Discovery (DAFdiscovery), investigamos a correlação entre os cianopeptídeos detectados e a toxicidade observada no bioensaio. Os resultados indicam que outros compostos, além das MC, podem estar relacionados com a toxicidade observada. Compostos da classe das CP apresentaram alta correlação com a bioatividade observada. Quanto à biomassa coletada no reservatório no estado de MG, o extrato orgânico e suas frações não mostraram a presença de compostos classificados atualmente como cianotoxinas e, tanto o extrato quanto suas frações, não demonstraram toxicidade nos ensaios com A. salina. A fim de investigarmos mais a fundo o potencial biotecnológico dessa biomassa, foi realizada também uma extração aquosa acidificada, específica para obtenção de compostos da classe dos aminoácidos do tipo micosporinas (MAAs). Os MAAs são compostos com propriedades fotoprotetoras e antioxidantes bem descritos na literatura e já utilizados como ingrediente bioativo natural em algumas formulações cosméticas. A análise metabolômica direcionada do extrato aquoso mostrou a presença de seis MAAs: porphyra-334, shinorina, ácido palitênico, palitinol, asterina e usujireno. O extrato contendo MAAs mostrou um pico de absorção na região UVA (320400 nm), não causou toxicidade aguda nos ensaios com A. salina e não mostrou citotoxicidade contra uma linhagem celular de queratinócitos humanos (HaCaT), nas concentrações testadas (0,01-1000 &#181;g/mL). Esse mesmo extrato foi testado em ensaios de viabilidade celular de células HaCaT expostas à radiação ultravioleta (UVR) e foi observado um aumento significativo (p < 0,05) na viabilidade das células HaCaT tratadas com diferentes concentrações do extrato (5-500 &#181;g/mL) previamente à exposição à radiação UV. Ainda, em ensaios para medição do fator de proteção solar (FPS), quando adicionado (10% p/p) à uma formulação fotoprotetora base, o extrato aumentou em mais de 50% o valor de FPS medido. Contudo, a adição do extrato não garantiu um valor de FPUVA preconizado pela legislação. Os resultados apresentados mostram que ferramentas metabolômicas e bioinformáticas podem oferecer uma abordagem rápida e eficiente para a avaliação de risco e manejo ambiental de biomassas de cianobactérias, contribuindo com tomadas de decisão e medidas de proteção mais céleres diante de eventos de florações e possibilitando a e exploração de produtos com valor agregado, transformando o que, até hoje, é um resíduo e um problema ambiental em fonte de compostos bioativos.