Otimização da produtividade da levana de Bacillus subtilis Natto e sua aplicação como agente anticarcinogênico e hipoglicemiante

A levana é um exopolissacarídeo de frutose formada por ligações β-(2®6) e ramificações β-(2®1) e sintetizada pela enzima levanassacarase. O interesse em seu estudo esta voltado para suas diversas áreas de aplicação, abrangendo as indústrias farmacêutica, alimentícia e cosmética. Muitos microrganismos possuem a capacidade de produzir levana e o Bacillus subtilis Natto é uma cepa com grande potencial produtor desse polímero em meio rico em sacarose. O estudo dos fatores que interferem no processo é necessário para otimizar a produção. Buscando a máxima obtenção de levana faz-se uso do planejamento estatístico, que reduz o tempo de laboratório e custo final. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar a produtividade de levana de Bacillus subtilis Natto por planejamento fatorial e metodologia de superfície de resposta. A levana obtida da condição otimizada foi caracterizada quanto a sua massa molecular por HPSEC-RID-MALLS e foram testadas suas aplicações como agente hipoglicemiante, bem como seu potencial hipocolesterolêmico e hipolipidêmico, em ratos diabéticos induzidos por estreptozotocina; como agente anticarcinogênico, em células hepáticas (HepG2), sendo analisadas por metabolômica auxiliada por ressonância magnética nuclear de hidrogênio. Inicialmente foi desenvolvido um delineamento fatorial Box Behnken 3³ com as variáveis pH (X1), temperatura (X2) e tempo (X3). Com os resultados desse delineamento um segundo fatorial Box Behnken (3³) foi realizado, variando o pH (X1), a temperatura (X2) e tempo (X3). Após ANOVA (p = 0,05), a otimização do processo foi realizada e a melhor condição encontrada para a produtividade de levana foi pH 8, temperatura de 39,5 °C e 21 horas, correspondendo a 5,82 g.L-1.h-1. O coeficiente de correlação (R2 = 0,81) foi considerado aceitável para o modelo proposto, atribuindo alta confiabilidade. A levana obtida nesta condição apresentou, após a análise por HPSEC-RID-MALLS, duas massas molares, uma equivalente a 72,37 kDa e outra a 4.146 kDa. Quanto às aplicações esse polímero não apresentou nenhum efeito hipoglicêmico, hipocolesterolêmico e hipolipidêmico, em ratos diabetogênicos. Porém, em relação à atividade antitumoral, quatro metabólitos tiveram suas concentrações elevadas após estudo do metabolôma das células HepG2, quando foram tratadas com 1 mg.mL-1 de levana, sendo estes: acetato, alanina, fosfocreatina e lactato, levando, possivelmente, a um quadro de hipóxia, promovendo uma quebra de homeostase e consequente alterações do metabolismo energético destas células cancerosas, justificando sua ação antitumoral por meio de acúmulo intracelular de lactato.Levan is an exopolysaccharide of fructose formed by the linkage of β-(2®6) and ramifications β-(2®1), synthesized by levansucrase. Due to its chemical properties levan presents applications in pharmaceutical, food and cosmetics industries. Bacillus subtilis Natto has been outstanding recently, as levan producer, due its capacity to produce high amounts of this polymer in medium containing sucrose, becoming a promising industrial producer. Therefore, it is necessary optimize the variables involved in the process, in order to obtain a highest levan productivity, for that, the statistical planning is an important tool, decreasing costs and time in the end of the process. Taking into account, this work aiming to evaluate the productivity of levan from Bacillus subtilis Natto by factorial design and response surface methodology, characterizes its molecular weight by HPSEC-RID-MALLS, thus analyze its applications as hypoglycemic agent, as well its hypocholesterolemic and hypolipidemic effects, in diabetics rats induced by streptozotocin; and its antitumoral activity against HepG2 cells by metabolomics using hydrogen nuclear magnetic resonance (1H NMR). Initially, it was developed a factorial design (3³) Box Behnken varying pH (X1), temperature (X2) and culture time (X3). Based on this preliminary design, a second (3³) Box Behnken was performed, once more pH (X1), temperature (X2) and culture time (X3) were varied. After ANOVA (p = 0,05), the results demonstrated that the levan productivity was optimized and the best condition found was at pH 8, 39.5 °C in 21 hours, corresponding to 5,82 g.L-1.h-1. The coefficient of correlation (R2 = 0,81) was considerate acceptable, attributing a high confidence to the model. Thus, the levan obtained in this optimized condition presented two different molecular weights corresponding to 72,37 kDa and 4146 kDa, analyzed by HPSEC-RID-MALLS. Regarding applications, levan did not presented hypoglycemic, hypolipidemic and hypocholesterolemic effects in diabetic rats. However, the antitumoral activity of levan increased four metabolites concentration, after metabolomics analyzes of HepG2 cell line when treated with 1 mg.mL-1of levan. The metabolites altered are acetate, alanine, phosphocreatine and lactate, possibly leading to a hypoxia environment, promoting homeostasis dysregulation following by alterations in HepG2 energy metabolism, justifying levan antitumor activity by high intracellular lactate accumulation