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Caraterização do perfil antioxidante de cianobactérias e seleção de estirpes com potencial biotecnológico
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Abstract(s)
As cianobactérias são organismos fotossintéticos procarióticos que apresentam grande diversidade em relação à sua morfologia, fisiologia e metabolismo. São um grupo abundante no planeta Terra, com elevada capacidade de adaptação e sobrevivência e são encontrados em habitats com condições ambientais variadas e até extremas. As cianobactérias produzem metabolitos secundários (ácidos gordos, carotenóides, vitaminas, toxinas, entre outros), que exibem vários tipos de bioatividade com potencial biotecnológico, designadamente atividade antioxidante. Um antioxidante é definido como um agente com a capacidade de quebrar ou impedir a proliferação de reações de oxidação lipídica, algo que ocorre naturalmente nos tecidos. Na indústria alimentar, os compostos com essa atividade são importantes porque atrasam e/ou inibem a degradação dos alimentos. No entanto, alguns dos antioxidantes sintéticos disponíveis no mercado são suspeitos de ter atividade carcinogénica e de serem tóxicos para os seres humanos. Portanto, é de grande importância identificar fontes naturais de compostos com atividade antioxidante
Este trabalho teve como objetivo avaliar o perfil antioxidante de estirpes de cianobactérias isoladas de águas doces. Prepararam-se extratos etanólicos e metanólicos de oito estirpes de cianobactérias (Aphanizomenon gracile, Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Leptolyngbya sp., Anabaena flos-aquae, Planktothrix mougeotii, Nostoc sp. e Planktothrix agardhii) e a sua atividade antioxidante foi avaliada pelo ensaio do sistema de inibição do radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) e pelo ensaio de branqueamento do β-caroteno. Foi também determinado o conteúdo total em compostos fenólicos, pelo ensaio de Folin-Ciocalteu e o conteúdo total em flavonóides pelo ensaio do cloreto de alumínio. Os perfis antioxidantes variaram com a estirpe e com o solvente de extração. Os extratos etanólicos de Aphanizomenon gracile (LMECYA 009) e Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088) apresentaram os valores mais elevados no ensaio de branqueamento β-caroteno (690,47 e 828,94 AAC respetivamente) e no conteúdo total de compostos fenólicos (102,32 e 123,16 mg EAG/g de extrato, respetivamente) e flavonóides (605,58 e 900,60 mg EQR/g de extrato, respetivamente). Os extratos metanólicos de Microcystis aeruginosa (LMECYA 127), Anabaena flos-aquae (LMECYA 180) e Planktothrix agardhii (LMECYA 257) apresentaram a maior percentagem de inibição do radical DPPH (10,65%, 10,20% e 10,59%, respetivamente).
Neste trabalho foi também avaliado o efeito protetor dos extratos etanólicos das oito estirpes contra a citotoxicidade induzida por H2O2 na linha celular humana HEK293T através do ensaio de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazólio tetrazólio (MTT). A pré-exposição destas células a todos os extratos conferiram proteção contra o H2O2, salientando-se os extratos das estirpes Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) e Planktothrix mougeotii (LEGE 06224), que conferiram às células tratadas com H2O2 uma taxa de sobrevivência de 47%, 25% e 53%, respetivamente numa exposição de uma hora aos extratos e vinte e três horas ao H2O2, em relação ás células expostas apenas ao H2O2.
Das cianobactérias estudadas, selecionaram-se as estirpes Aphanizomenon gracile (LMECYA 009), Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088), Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) e Planktothrix mougeotii (LEGE 06224) como as mais promissoras para estudos futuros sobre aplicações biotecnológicas na área dos antioxidantes.
Cyanobacteria are prokaryotic photosynthetic organisms that show great diversity in their morphology, physiology and metabolism. They are an abundant group on planet Earth, with high adaptability and survival and are found in habitats with varied and even extreme environmental conditions. Cyanobacteria produce secondary metabolites (fatty acids, carotenoids, vitamins, toxins, among others), which exhibit various types of bioactivity with biotechnological potential, namely antioxidant activity. An antioxidant is defined as an agent with the ability to break or prevent the proliferation of lipid oxidation reactions, which occurs naturally in tissues. In the food industry, compounds with this activity are important because they delay and / or inhibit food degradation. However, some of the commercially available synthetic antioxidants are suspected to have carcinogenic activity and to be toxic to humans. Therefore, it is of great importance to identify natural sources of compounds with antioxidant activity. This work aimed to evaluate the antioxidant profile of cyanobacterial strains isolated from freshwaters. Ethanolic and methanolic extracts of eight strains of cyanobacteria (Aphanizomenon gracile, Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Leptolyngbya sp., Anabaena flos-aquae, Planktothrix mougeotii, Nostoc sp. and Planktothrix agardhii) were prepared and their antioxidant activity was evaluated by the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical inhibition system assay and the β-carotene bleaching assay. The total content of phenolic compounds was determined by the FolinCiocalteu assay and the total flavonoid content by the aluminum chloride assay. Antioxidant profiles varied with strain and extraction solvent. The ethanolic extracts of Aphanizomenon gracile (LMECYA 009) and Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088) showed the highest values in the β-carotene bleaching assay (690,47 and 828,94 AAC respectively) and in the total content of phenolic (102,32 and 123,16 mg EAG/g of extract respectively) and flavonoid (605,58 and 900,60 mg EQR/g of extract, respectively) compounds. The methanolic extracts of Microcystis aeruginosa (LMECYA 127), Anabaena flos-aquae (LMECYA 180) and Planktothrix agardhii (LMECYA 257) showed the highest inhibition percentage of DPPH radical (10,65%, 10,20% and 10,59%, respectively). In this work, the protective effect of the ethanolic extracts of the eight strains against H2O2-induced cytotoxicity in the HEK293T human cell line was also evaluated by the 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) - 2,5-diphenyltetrazolium tetrazolium (MTT) assay. Pre-exposure of these cells to all extracts provided protection against H2O2, especially Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) and Planktothrix mougeotii (LEGE 06224), which gave the H2O2 treated cells a survival rate of 47%, 25% and 53%, respectively in an one hour exposure to the extracts and twenty three hours exposure to the H2O2, relative to the cells exposed only to H2O2. From the cyanobacteria studied, the strains Aphanizomenon gracile (LMECYA 009), Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088), Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) and Planktothrix mougeotii (LEGE 06224) were selected as the most promising for future studies on biotechnological applications in the field of antioxidants.
Cyanobacteria are prokaryotic photosynthetic organisms that show great diversity in their morphology, physiology and metabolism. They are an abundant group on planet Earth, with high adaptability and survival and are found in habitats with varied and even extreme environmental conditions. Cyanobacteria produce secondary metabolites (fatty acids, carotenoids, vitamins, toxins, among others), which exhibit various types of bioactivity with biotechnological potential, namely antioxidant activity. An antioxidant is defined as an agent with the ability to break or prevent the proliferation of lipid oxidation reactions, which occurs naturally in tissues. In the food industry, compounds with this activity are important because they delay and / or inhibit food degradation. However, some of the commercially available synthetic antioxidants are suspected to have carcinogenic activity and to be toxic to humans. Therefore, it is of great importance to identify natural sources of compounds with antioxidant activity. This work aimed to evaluate the antioxidant profile of cyanobacterial strains isolated from freshwaters. Ethanolic and methanolic extracts of eight strains of cyanobacteria (Aphanizomenon gracile, Aphanizomenon flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Leptolyngbya sp., Anabaena flos-aquae, Planktothrix mougeotii, Nostoc sp. and Planktothrix agardhii) were prepared and their antioxidant activity was evaluated by the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical inhibition system assay and the β-carotene bleaching assay. The total content of phenolic compounds was determined by the FolinCiocalteu assay and the total flavonoid content by the aluminum chloride assay. Antioxidant profiles varied with strain and extraction solvent. The ethanolic extracts of Aphanizomenon gracile (LMECYA 009) and Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088) showed the highest values in the β-carotene bleaching assay (690,47 and 828,94 AAC respectively) and in the total content of phenolic (102,32 and 123,16 mg EAG/g of extract respectively) and flavonoid (605,58 and 900,60 mg EQR/g of extract, respectively) compounds. The methanolic extracts of Microcystis aeruginosa (LMECYA 127), Anabaena flos-aquae (LMECYA 180) and Planktothrix agardhii (LMECYA 257) showed the highest inhibition percentage of DPPH radical (10,65%, 10,20% and 10,59%, respectively). In this work, the protective effect of the ethanolic extracts of the eight strains against H2O2-induced cytotoxicity in the HEK293T human cell line was also evaluated by the 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) - 2,5-diphenyltetrazolium tetrazolium (MTT) assay. Pre-exposure of these cells to all extracts provided protection against H2O2, especially Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) and Planktothrix mougeotii (LEGE 06224), which gave the H2O2 treated cells a survival rate of 47%, 25% and 53%, respectively in an one hour exposure to the extracts and twenty three hours exposure to the H2O2, relative to the cells exposed only to H2O2. From the cyanobacteria studied, the strains Aphanizomenon gracile (LMECYA 009), Aphanizomenon flos-aquae (LMECYA 088), Leptolyngbya sp. (LMECYA 173), Nostoc sp. (LMECYA 291) and Planktothrix mougeotii (LEGE 06224) were selected as the most promising for future studies on biotechnological applications in the field of antioxidants.
Description
Dissertação de mestrado em Biologia Humana e Ambiente, apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, 2019
Trabalho da dissertação de mestrado realizado nos Departamento de Saúde Ambiental e Departamento de Alimentação e Nutrição do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge.
Orientadora Doutora Elsa Dias doDepartamento de Saúde Ambiental do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge. Co-orientadoras Mestre Carina Menezes, do Laboratório de Biologia e Ecotoxicologia, do Departamento de Saúde Ambiental e Mestre Fernanda Vilarinho e Mestre Mariana Andrade, da Unidade de Referência do Departamento de Alimentação e Nutrição do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge.
Dissertação defendida em 2020
Trabalho da dissertação de mestrado realizado nos Departamento de Saúde Ambiental e Departamento de Alimentação e Nutrição do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge.
Orientadora Doutora Elsa Dias doDepartamento de Saúde Ambiental do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge. Co-orientadoras Mestre Carina Menezes, do Laboratório de Biologia e Ecotoxicologia, do Departamento de Saúde Ambiental e Mestre Fernanda Vilarinho e Mestre Mariana Andrade, da Unidade de Referência do Departamento de Alimentação e Nutrição do Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo Jorge.
Dissertação defendida em 2020
Keywords
Cianobactérias Toxicologia Antioxidante Potencial Biotecnológico Compostos Fenólicos Flavonóides DPPH Agentes Microbianos e Ambiente Cyanobacteria Antioxidant Biotechnological Potential Phenolic Compounds Flavonoids