Production of an exopolyssacharide from M. alpina and evaluation of its physicochemical and bioactive properties

Abstract

Resumo: A contínua procura por substancias com potencial biológico tem sido objetivo de numerosas pesquisas no último século, especificamente na prospec..o de substancias que apresentem estruturas estáveis que possam ser utilizadas em formula..es de produtos. Por esses motivos a finalidade deste trabalho foi de produzir, otimizar, caracterizar e avaliar o potencial de atividades biológicas do exopolissacarideo (EPS) produzido pelo fungo filamentoso Mortierella alpina. O meio de cultura para produ..o de EPS pelo fungo filamentoso foi primeiramente otimizado mediante técnicas de desenho experimental (desenho fatorial e delineamento composto central rotacional), conseguindo um aumento do 50% da produ..o final quando comparado com o meio convencional. Na sequência, o EPS foi caracterizado por técnicas de ressonancia magnética nuclear (RMN), infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espalhamento dinamico de luz (DLS), cromatografia de alta press.o com exclus.o por tamanho (HPSEC) e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC MS). O exopolissacarideo foi caracterizado como quitina. A quitina é o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza, produzido convencionalmente a partir de fontes animais, e comumente comercializada devido as suas propriedades reológicas e múltiplas atividades biológicas. Mas pouco é pesquisado sobre fontes alternativas de quitina, tais como fungos filamentosos, estudada nesse trabalho. A produ..o de quitinas e seus derivados aminados geram uma grande quantidade de resíduos tóxicos para o meio ambiente no seu processo de extra..o, além de ser alergênicos para pessoas com intolerancia a frutos do mar. O potencial em atividades biológicas e funcionais deste EPS, também foi analisado mostrando a..o bacteriostática frente a organismos Gram positivos e negativos, um efeito antioxidante, uma leve capacidade quelante de íons Fe2+ e finalmente um grande potencial como agente antitumoral frente a linhas celulares tumorais de cancer de mama, cólon e de carcinoma adrenocortical, resultando inócuas frente aos seus respectivos controles n.o tumorais. O carcinoma adrenocortical por ser um cancer incomum, mas com frequentes casos na regi.o sul do país, foi selecionado para posteriores estudos do potencial anti-tumoral e pro-apoptótico do EPS, mostrando resultados promissórios na etapa in vitro. Finalmente, um estudo físico-químico das propriedades reológicas do EPS foi realizado devido á particularidade e comportamento deste carboidrato com respeito à temperatura, solubiliza..o e forma..o de géis. Os resultados obtidos nesse trabalho demonstraram que o exopolissacarideo (quitina) produzido por Mortierella alpina pode ser utilizado como um agente para posteriores formula..es de biomateriais, como fonte de quitina "vegana" na formula..o de alimentos e outros, e indubitavelmente como agente antitumoral que pode ser posteriormente avaliado para formula..o de drogas quimioterapeuticas, adjuvante em formula..es afins

Abstract: The continuous search for substances with biological potential has been the object of intensive research in the last century, specifically in the prospection of substances that have stable structures that can be used in product formulations. For these reasons the purpose of this work was to produce, optimize, characterize and evaluate the potential biological activity of exopolysaccharides (EPS) produced extracellularly by the filamentous fungus Mortierella alpina. The culture medium for the production of EPS by the fungus was firstly optimized using experimental design techniques (factorial design and central rotational compound design), leading to a 50% increase in final production when compared to the conventional medium. Then, the EPS was characterized by nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier transform infrared (FTIR), dynamic light scattering (DLS), high pressure size exclusion chromatography (HPSEC) and gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC MS). The exopolysaccharide was characterized as chitin. Chitin is the second most abundant polysaccharide in nature, conventionally produced from animal sources, produced and marketed because of its rheological properties and multiple biological activities. But little is researched on alternative sources of chitin, such as filamentous fungi, studied in this work. The production of chitins and their amino derivatives generate a large amount of toxic waste for the environment in its extraction process, besides being allergenic for people with intolerance to various seafoods. The potential biological and functional activities of this EPS were observed a bacteriostatic action against Gram-positive and Gram-negative organisms, an antioxidant effect, a slight Fe2+ ion chelating capacity and finally a great potential as antitumor agent against cancer tumor cell lines of breast, colon and adrenocortical carcinoma. Adrenocortical carcinoma, 1 is an uncommon cancer, but with frequent cases in the southern region of the country, for which it was selected for further studies of the anti-tumor and pro-apoptotic potential of the EPS, showing promising results in the in vitro stage. Finally, a physicohemical study of the rheological properties of EPS was performed due to the particularity and behavior of this carbohydrate with respect to temperature, solubilization and gel formation. The results obtained in this work demonstrated that the exopolysaccharide (chitin) produced by Mortierella alpina can be used as an agent for subsequent formulations of biomaterials, as a source of "vegan" chitin in food and other formulation, and undoubtedly as an antitumor agent that can be subsequently evaluated for formulation of chemotherapeutic drugs, adjuvant in related formulations