Purificazione e frazionamento delle ficobiliproteine ​​da Arthrospira platensis e Corallina officinalis con valutazione delle loro attività biologiche

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14270 (2023) Citare questo articolo

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Le ficobiliproteine ​​(PBP) sono una classe di pigmenti idrosolubili con una varietà di funzioni biologiche presenti nelle macroalghe rosse e nelle specie cianobatteriche. Le forme grezze di ficocianina (C-PC) dall'alga verde-blu Arthrospira platensis e alloficocianina (APC) dalla macroalga rossa Corallina officinalis sono state estratte e purificate rispettivamente mediante precipitazione con solfato di ammonio, cromatografia a scambio anionico e cromatografia ad esclusione dimensionale. Il C-PC e l'APC ottenuti da A. platensis e C. officinalis erano rispettivamente 0,31 mg/mL e 0,08 mg/mL, con masse molecolari di “17,0 KDa e 19,0 KDa” e “15,0 KDa e 17,0 KDa” corrispondenti ad α e subunità β, rispettivamente. FT-IR è stato utilizzato per caratterizzare l'APC e il C-PC purificati al fine di esaminarne le strutture. Dalle sottrazioni PC3 e PC4 sono stati ottenuti estratti altamente purificati (A620/A280 > 4,0) di cui sono state testate le attività biologiche. Gli estratti grezzi di APC e C-PC e le loro frazioni hanno mostrato un potente antiossidante in rapporti diversi utilizzando tre tecniche. PC1 ha mostrato elevate attività antinfiammatorie (75,99 e 74,55%) e antiartritiche (78,89 e 76,92%) per C. officinalis e A. platensis, rispettivamente rispetto ai farmaci standard (72,02 e 71,5%). Gli estratti metanolici e acquosi di entrambe le specie hanno mostrato una maggiore efficacia antibatterica contro i batteri marini Gram + ve rispetto ai batteri marini Gram - ve. Il nostro studio ha fatto luce sui potenziali usi medici di C-PC e APC estratti dalle specie testate come sostanze naturali in una varietà di alimenti e farmaci. Sono necessarie ulteriori indagini per esplorare le diverse nature chimiche delle distinte PBP di diversi cianobatteri e alghe rosse perché le loro sequenze di aminoacidi variano tra le diverse specie di alghe.

Le specie cianofite, criptofite, cianofite e rodofite hanno ficobilisomi (PBS) che agiscono come antenne dell'apparato pigmentario fotosintetico. I ficobilisomi contengono diverse ficobiliproteine ​​(PBP) che sono una categoria di pigmenti accessori proteici che consentono a queste specie di alghe di raccogliere energia luminosa al di fuori delle lunghezze d'onda assorbite dalla clorofilla e dai carotenoidi e sono responsabili di circa il 50% della cattura della luce da cianobatteri e alghe rosse1. Queste proteine ​​solubili in acqua altamente colorate contribuiscono per il 30-50% alla capacità totale di raccolta della luce di questi biota assorbendo la luce nell'intervallo visibile di 450-650 nm, dove la clorofilla assorbe scarsamente in questo intervallo. Successivamente trasferiscono l'energia ai complessi proteici della clorofilla del fotosistema 2 nelle lamelle fotosintetiche2.

Esistono oltre dieci diversi PBP conosciuti, che possono essere classificati in quattro gruppi in base alla lunghezza d'onda e alla presenza di diversi cromofori: le ficoeritrine (PE) hanno un picco a 545–566 nm; ficoeritrocianine a 480–580 nm; ficocianine (PC) a 569–645 nm; e alloficocianine (APC) a 540–671 nm3. L'abbondanza di PBP è molto elevata (circa il 40–60% del contenuto proteico totale e il 20% del peso secco dei cianobatteri)4. Le PBP (PE, PC e APC) variano a seconda della loro posizione tassonomica e delle condizioni di coltura2. Le ficobiliproteine ​​sono costituite da subunità polipeptidiche α e β diverse5. Le specie cianobatteriche e algali rosse sono le principali alghe utilizzate per la produzione commerciale di ficobiliproteine, utilizzate come coloranti, etichette fluorescenti e strumenti diagnostici6. Il metodo di estrazione delle ficobiliproteine ​​prevede la rottura cellulare per rilasciare le proteine ​​dall'interno della cellula algale all'esterno. Mentre le pareti cellulari dei cianobatteri sono incredibilmente resistenti, quelle dei criptofiti sono molto suscettibili alla distruzione7. In particolare, l'estrazione della ficocianina è impegnativa a causa delle pareti cellulari spesse e degli alti livelli di contaminanti8. Grazie alle loro proprietà antiossidanti, antitumorali e fotosensibilizzanti, nonché alla loro utilità come marcatori fluorescenti, le PBP hanno recentemente suscitato molto interesse nei campi biotecnologici dell'alimentazione e della medicina3,9. L’industria farmaceutica è più interessata alla ricerca sulle PBP per applicazioni medicinali. Sulla base del rapporto di Future Market Insights, il mercato dei PBP valeva 112,3 milioni di dollari nel 2018 e si prevede che raddoppierà il suo valore entro il 202810. Sia C-PC che APC sono stati descritti come forti agenti antiossidanti contro i radicali liberi, potrebbero essere legati alle loro porzioni proteiche che sono cruciali per il processo di eliminazione dei radicali liberi11. In particolare, la C-PC è stata utilizzata come proteina naturale nella ricerca alimentare e biomedica grazie alle sue attività epatoprotettive, antiossidanti, scavenger di radicali liberi, antinfiammatorie, antiartritiche, antitumorali e all'etichettatura fluorescente nella ricerca biomedica12. Commercialmente, il C-PC viene prodotto utilizzando ceppi di cianobatteri come A. platensis13. Secondo diversi studi, A. platensis genera PC come pigmento primario oltre ad APC e tracce di PE14. Le applicazioni economiche del C-PC dipendono principalmente dalla sua purezza, che solitamente è inquinata da altre proteine ​​fotosintetiche, in particolare APC12. Inoltre, le APC vengono spesso impiegate come sonde proteiche fluorescenti nelle procedure biochimiche, in particolare nella citometria a flusso15,16. Gli APC hanno molte applicazioni biotecnologiche, tra cui antiossidanti17 e antivirus18. Nonostante l’APC sia una proteina utile, il suo utilizzo è in qualche modo limitato dalle difficoltà di purificare grandi quantità di proteina. A causa della bassa concentrazione di APC nei cianobatteri e nelle macroalghe, che rende impegnativa la sua separazione e purificazione in quantità considerevoli, poniamo particolare enfasi sulla purificazione dell'APC da C. officinalis. Gli obiettivi di questo studio erano mirati a identificare le ficobiliproteine ​​dominanti in due diverse specie di alghe Corallina officinalis di Rhodophyta (APC) e Arthrospira platensis di Cyanophyta (C-PC). Oltre a valutare le attività antiossidanti, antinfiammatorie, antiartritiche e antibatteriche di ciascuna frazione in vitro.