Bioprospecção de exopolissacarídeo industrialmente relevante

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13561 (2023) Citar este artigo

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Exopolissacarídeos cianobacterianos (EPS) são candidatos potenciais para a produção de biopolímeros sustentáveis. Embora as propriedades bioativas e físico-químicas do EPS à base de cianobactérias sejam atrativas, sua exploração comercial é limitada pelos elevados custos de produção. A bioprospecção e caracterização de novas cepas produtoras de EPS para condições industrialmente relevantes é fundamental para facilitar sua implementação em diversas aplicações e campos biotecnológicos. No presente trabalho, selecionámos vinte e cinco estirpes de cianobactérias portuguesas de uma gama taxonómica diversificada (incluindo alguns géneros estudados pela primeira vez) para serem cultivadas sob luz e temperatura diurnas, simulando as condições climáticas portuguesas, e avaliámos o seu desempenho de crescimento e produtividade proximal. composição de macronutrientes. Os gêneros Synechocystis e Cyanobium, de origem marinha e de água doce, foram destacados como de rápido crescimento (0,1–0,2 g L-1 dia-1) com composição de biomassa distinta. Synechocystis sp. LEGE 07367 e Chroococcales cyanobacterium LEGE 19970, apresentaram produção de 0,3 e 0,4 g L-1 de polissacarídeos liberados (RPS). Descobriu-se que estes eram polímeros à base de glucano com alto peso molecular e um baixo número de monossacarídeos do que normalmente relatado para EPS cianobacterianos. Além disso, foi também confirmada a ausência de cianotoxinas conhecidas nestes dois produtores de RPS. Este trabalho fornece os passos iniciais para o desenvolvimento de bioprocessos de EPS de cianobactérias no clima português.

As cianobactérias e as microalgas são os principais contribuintes para a bioeconomia, fornecendo matérias-primas para alimentos, rações, bioenergia, cosméticos e bioplásticos1. Além disso, esforços significativos de investigação e desenvolvimento estão a alavancar a atual produção industrial destas fábricas fotoautotróficas em aplicações economicamente viáveis2. Certos produtos, como os biopolímeros (ou seja, substâncias poliméricas de origem natural), ainda são limitados pelo custo e pela capacidade de produção quando considerados para mercados a granel. Existem, no entanto, mercados de elevado valor acrescentado, para aplicações específicas onde os biopolímeros de cianobactérias/microalgas podem ser comercializados com sucesso devido às suas propriedades físico-químicas e/ou bioativas específicas3,4,5. A relevância destes biopolímeros na bioeconomia pode ser aclamada através de melhorias tecnológicas e da descoberta de novas fábricas fotoautotróficas1. Assim, a bioprospecção de condições industrialmente relevantes (por exemplo, luz, temperatura) é fundamental para o desenvolvimento de bioprocessos e redução de custos6,7.

As cianobactérias são uma fonte promissora de biopolímeros na forma de polissacarídeos, que são encontrados intracelularmente (por exemplo, glicogênio) ou extracelularmente como exopolissacarídeos (EPS)8,9,10. EPS são exsudatos ricos em polissacarídeos que aderem ao lado externo da parede celular. No entanto, eles também existem no sobrenadante, não ligados à parede celular. Embora a origem desses polissacarídeos no sobrenadante não seja totalmente compreendida, evidências sugerem que eles possuem composição de monossacarídeos semelhante11,12,13,14. No entanto, estas duas fases são extraídas de forma diferente e são distinguidas como polissacarídeos ligados a células (CPS) e polissacarídeos liberados (RPS)15.

Esses biopolímeros têm sido intensamente estudados e alguns apresentam propriedades tecnofuncionais interessantes16,17,18; com propriedades bioativas como propriedades antivirais, anti-inflamatórias e cicatrizantes19,20,21 tornando-os bons candidatos a produtos de alto valor agregado.

Uma revisão abrangente sobre as metodologias aplicadas à bioprospecção de EPS de cianobactérias mostrou características comuns: os perfis de luz e temperatura são constantes, e as cepas exploradas são predominantemente das ordens Nostocales e Oscilatoriales e do gênero Nostoc . Estes estudos mostraram que o conteúdo de EPS é uma característica específica da cepa.