Carotenoids of halophily bacteria : production, characterization and antioxidant activity

O interesse pelos carotenóides tem aumentado consideravelmente nos últimos anos pela evidência dos seus já conhecidos benefícios à saúde humana, devido às suas propriedades antioxidantes, anticarcinogênicas e imunomodulatórias. As principais fontes industriais de carotenóides são a síntese química e a extração a partir de plantas e microalgas, porém são poucos os carotenóides cuja produção seja economicamente viável. Considerando que os microrganismos extremófilos são importantes fontes de compostos bioativos e que algumas bactérias extremófilas produzem carotenóides com características estruturais muito diferentes das encontradas nos alimentos, os objetivos deste trabalho foram: identificar os carotenóides produzidos pelas bactérias Halococcus morrhuae (ATCC 17082) e Halobacterium salinarium (ATCC 33171), através de cromatografia líquida de alta eficiência conectada aos detectores de arranjo de diodos e de massas (HPLC-DAD-MS/MS) e estudar, através de planejamento fatorial, o efeito de diferentes condições de cultivo no crescimento de biomassa celular, produção de carotenóides e proteção proporcionada pelos carotenóides contra o oxigênio singlete (O2(1Dg)). Foram identificados 8 carotenóides nas linhagens de Hcc. morrhuae e Hbt salinarium. O carotenóide majoritário foi alltrans-bacterioruberina, seguido dos seus isômeros geométricos 13-cisbacterioruberina, 5-cis,9¿-cis-bacterioruberina, e 5-cis-bacterioruberina e de seus derivados all-trans-bisanidrobacterioruberina, cis-bisanidrobacterioruberina e cistrisanidrobacterioruberina. O carotenóide all-trans-trisanidrobacterioruberina foi encontrado apenas em Hcc. morrhuae. A bactéria Hcc. morrhuae apresentou maior concentração de carotenóides totais, cerca de 87,9 µg/g de massa seca, do que a Hbt. salinarium (44,5 µg/g de massa seca). Ambas as bactérias apresentaram alta desativação do radical ABTS·+ e valores próximos da capacidade antioxidante equivalente de Trolox (TEAC). A bactéria Hcc. Morrhuae apresentou melhor desativação do O2(1Dg), 27% de proteção e a Hbt. salinarium, cerca de 10% de proteção. Portanto a linhagem Hcc. morrhuae foi escolhida para para estudar a quantidade de biomassa, teores de carotenóides totais e atividade antioxidante, através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) 23. A variável temperatura foi a que mais influenciou a produção de biomassa, de carotenóides totais e a porcentagem de proteção proporcionada pelos carotenóides contra o O2(1Dg). A máxima produção de biomassa foi observada com 279,76 g/L de NaCl, pH 6,4 e temperatura de 34 ºC. A maior concentração de carotenóides totais e de porcentagem de proteção foi observada a 250 g/L de NaCl, pH 6,0 e 40 ºCThe interest on carotenoids has considerably increased in the last years due to the known evidence of their benefits to the human health, related to their antioxidant, anticarcinogenic and immune modulation properties. The major industrial sources of carotenoids are chemical synthesis and extraction from plants and microalgae; however, there are few carotenoids whose production is economically feasible. Considering that extremophile microorganisms are important sources of bioactive compounds and that some extremophile bacteria produce carotenoids with different structural characteristics as compared with those found in foods, the aims of this work were: identify, through HPLC-DADMS/MS, the carotenoids produced by the bacteria Halococcus morrhuae (ATCC 17082) and Halobacterium salinarium (ATCC 33171), and to evaluate, applying factorial design, the effect of different growth conditions on the results of cell biomass, carotenoid production and protection against singlet oxygen (O2(1Dg)). Eight carotenoids from Hcc. morrhuae and Hbt salinarium strains were identified. The major carotenoid was all-trans-bacterioruberin, followed by its geometrical isomers 13-cis-bacterioruberin, 5-cis,9¿-cis-bacterioruberin and 5-cisbacterioruberin and its derivatives all-trans-bisanhydrobacterioruberin, cisbisanhydrobacterioruberin and cis-trisanhydrobacterioruberin. The carotenoid alltrans-trisanhydrobacterioruberin was only found in the Hcc. morrhuae strain. Hcc. morrhuae showed higher concentration of total carotenoids, about 87.9 µg/g of dry mass, than Hbt. salinarium (44.5 µg/g of dry mass). Both bacteria showed high scavenger activity of ABTS·+ and similar trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) values. The bacterium Hcc. morrhuae showed 27% protection against O2(1Dg) and Hbt. salinarium about 10% protection, therefore Hcc. morrhuae strain was chosen to perform the complete factorial design. A response surface methodology (23) was applied to evaluate the production of biomass, content of total carotenoids and antioxidant activity. The variable temperature had more influence on biomass production, total carotenoids and percentage of protection provided by carotenoids against the O2(1Dg). The maximum production of biomasswas observed at 279.76 g/L of NaCl, pH 6.4 and 34 ºC. The highest concentration of total carotenoids and percentage of protection was observed at 40 ºC, 250 g/L of NaCl and pH 6.