Exploring the potential of eukaryotic microalgae: a biochemical, bioactive, and metabolomic study

dc.contributor.advisor1Lombardi, Ana Teresa
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6737850858443813por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-4299-3640por
dc.contributor.authorSolidade, Lucas Santos
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3866513568022265por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-6808-0495por
dc.date.accessioned2024-11-21T12:54:51Z
dc.date.available2024-11-21T12:54:51Z
dc.date.issued2024-11-01
dc.description.abstractMicroalgae are unicellular photosynthetic microorganisms whose use dates back to ancient times. They stand out for their ability to accumulate proteins, polyunsaturated fatty acids, pigments, and bioactive compounds with nutritional and industrial potential. This study aimed to explore freshwater eukaryotic microalgae by evaluating their chemical composition, as well as their potential applications in the nutraceutical, bioenergy and pharmaceutical sectors. For this purpose, 26 different species of microalgae were evaluated, of which 12 had their biochemical compositions characterized. The microalgae Pediastrum sp. and Chlorella emersonii presented the most promising macromolecular compositions for industrial feasibility studies, with growth rates higher than the other algae (0.96 and 0.90 d-1) and protein content greater than 60%. Pediastrum sp. also stood out for its higher percentage of polyunsaturated fatty acids and superior antioxidant activity, making it promising as a nutritional source. Regarding antimicrobial activity, the microalga C. emersonii was able to inhibit the Gram-positive bacteria Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. After fractionation, its antimicrobial potential increased, with fractions B and C showing the ability to inhibit the growth of S. aureus at concentrations of up to 50 µg.mL-1 and S. mutans at up to 25 µg.mL-1. Metabolic analysis of these fractions indicated the significant presence of polyunsaturated fatty acids, likely responsible for the antimicrobial activity, as well as secondary compounds that require further investigation. The anti-obesity activity of the extracts was also observed, with lipid-reducing, anti-inflammatory, and appetite-suppressing potential in the microalgae S. bibraianum and Dictyosphaerium sp. S. bibraianum demonstrated the highest lipid-reducing activity, reducing lipid reserves by up to 50%, while Dictyosphaerium sp. exhibited the greatest appetite-suppressing (70% inhibition) and anti-inflammatory activity (95% inhibition). Metabolomic analysis revealed metabolites such as chlorophyll derivatives and polar lipids associated with these bioactivities. The assays also indicated an absence of cytotoxicity in the extracts. In conclusion, the microalgae C. emersonii, Pediastrum sp., and Dictyosphaerium sp. show promise for nutraceutical and pharmaceutical applications. They may be further explored for future industrial applications, standing out from the other algae evaluated in this study.eng
dc.description.resumoMicroalgas são microorganismos fotossintetizantes unicelulares, cuja utilização remonta à antiguidade. Elas se destacam por sua capacidade de acumular proteínas, ácidos graxos poli-insaturados, pigmentos e compostos bioativos com potencial nutricional e industrial. Este estudo teve como objetivo principal explorar microalgas eucarióticas de água doce avaliando sua composição química, bem como suas potenciais aplicações nos setores nutracêutico, da bioenergia e farmacêuticos. Para isso, foram avaliadas 26 diferentes espécies de microalgas, das quais 12 tiveram suas composições bioquímicas caracterizadas. As microalgas Pediastrum sp. e Chlorella emersonii apresentaram as composições macromoleculares mais promissoras para estudos de viabilidade industrial, com taxas de crescimento superiores às demais algas, de 0,96 e 0,90 d-1, e teor proteico superior a 60%. Pediastrum sp. também se destacou pelo maior percentual de ácidos graxos poli-insaturados e por sua atividade antioxidante superior, o que a torna promissora como fonte nutricional. Quanto à atividade antimicrobiana, a microalga C. emersonii foi capaz de inibir as bactérias Gram-positivas Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis. Após fracionamento, seu potencial antimicrobiano foi incrementado, com as frações B e C mostrando a capacidade de inibir o crescimento de S. aureus em até 50 µg.mL-1 e S. mutans até 25 µg.mL-1. A análise metabólica dessas frações indicou a presença significativa de ácidos graxos poli-insaturados, possivelmente responsáveis pela atividade antimicrobiana, além de compostos secundários que necessitam de mais investigação. Observou-se também a atividade antiobesidade dos extratos, com potencial redutor de lipídios, anti-inflamatório e inibidor de apetite nas microalgas S. bibraianum e Dictyosphaerium sp. S. bibraianum demonstrou a maior atividade redutora de lipídios, reduzindo as reservas lipídicas em até 50%, enquanto Dictyosphaerium sp. apresentou a maior atividade inibidora do apetite (70% de inibição) e anti-inflamatória (95% de inibição). A análise metabolômica revelou metabólitos, como derivados da clorofila e lipídios polares, associados a essas bioatividades. Os ensaios também indicaram ausência de citotoxicidade dos extratos. Assim conclui-se que as microalgas C. emersonii, Pediastrum sp. e Dictyosphaerium sp. mostram-se promissoras para aplicações nutracêuticas e farmacêuticas. Elas podem ser exploradas futuramente para aplicações industriais, destacando-se das demais algas avaliadas.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipId2020/12508-2por
dc.identifier.citationSOLIDADE, Lucas Santos. Exploring the potential of eukaryotic microalgae: a biochemical, bioactive, and metabolomic study. 2024. Tese (Doutorado em Biotecnologia) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21031.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21031
dc.language.isoengpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia - PPGBiotecpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectAplicações nutricionaispor
dc.subjectAntiobesidadepor
dc.subjectAntimicrobianopor
dc.subjectMicroalgas de água docepor
dc.subjectNutritional applicationseng
dc.subjectAnti-obesityeng
dc.subjectAntimicrobialeng
dc.subjectFreshwater microalgaeeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::BOTANICA::BOTANICA APLICADApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA::BIOLOGIA E FISIOLOGIA DOS MICROORGANISMOSpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::QUIMICA DOS PRODUTOS NATURAISpor
dc.titleExploring the potential of eukaryotic microalgae: a biochemical, bioactive, and metabolomic studyeng
dc.title.alternativeExplorando o potencial das microalgas eucarióticas: um estudo bioquímico, bioativo e metabolômicopor
dc.typeTesepor

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