Очистка и фракционирование фикобилипротеинов Arthrospira Platensis и Corallina officinalis с оценкой их биологической активности.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14270 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Фикобилипротеины (PBP) представляют собой класс водорастворимых пигментов с множеством биологических функций, которые присутствуют в красных макроводорослях и цианобактериях. Неочищенные формы фикоцианина (C-PC) из сине-зеленой водоросли Arthrospira Platensis и аллофикоцианина (APC) из красной макроводоросли Corallina officinalis экстрагировали и очищали методами осаждения сульфатом аммония, анионообменной хроматографии и эксклюзионной хроматографии соответственно. Полученные C-PC и APC из A. Platensis и C. officinalis составляли 0,31 мг/мл и 0,08 мг/мл соответственно с молекулярными массами «17,0 кДа и 19,0 кДа» и «15,0 кДа и 17,0 кДа», соответствующими α и β-субъединицы соответственно. FT-IR использовали для характеристики очищенных APC и C-PC, чтобы изучить их структуры. Высокоочищенные экстракты (А620/А280 > 4,0) были получены из субтракций PC3 и PC4, которые были протестированы на их биологическую активность. Сырые экстракты APC и C-PC, а также их фракции показали мощный антиоксидант в различных соотношениях при использовании трех методов. PC1 показал высокую противовоспалительную (75,99 и 74,55%) и противоартритную (78,89 и 76,92%) активность для C. officinalis и A. Platensis соответственно по сравнению со стандартными препаратами (72,02 и 71,5%). Метанольный и водный экстракты обоих видов показали большую антибактериальную эффективность против Gram +ve, чем против Gram-ve морских бактерий. Наше исследование пролило свет на потенциальное медицинское использование C-PC и APC, извлеченных из тестируемых видов, в качестве натуральных веществ в различных продуктах питания и лекарствах. Необходимы дальнейшие исследования для изучения разнообразной химической природы различных PBP из разных цианобактерий и красных водорослей, поскольку их аминокислотные последовательности различаются у разных видов водорослей.

Виды Cyanophyte, Cryptophyte, Cyanelle и Rhodophyte имеют фикобилисомы (PBS), которые действуют как усики фотосинтетического пигментного аппарата. Фикобилисомы содержат несколько фикобилипротеинов (PBP), которые представляют собой категорию белковых вспомогательных пигментов, которые позволяют этим видам водорослей собирать световую энергию за пределами длин волн, поглощаемых хлорофиллом и каротиноидами, и отвечают за захват около 50% света от цианобактерий и красных водорослей1. Эти ярко окрашенные водорастворимые белки составляют 30–50% от общей светособирающей способности этих биот, поглощая свет в видимом диапазоне 450–650 нм, где хлорофилл плохо поглощает в этом диапазоне. Затем они передают энергию белково-хлорофилльным комплексам фотосистемы 2 в фотосинтетических пластинках2.

Существует более десяти различных известных PBP, которые можно разделить на четыре группы в зависимости от длины волны и присутствия различных хромофоров: фикоэритрины (PE) имеют пик при 545–566 нм; фикоэритроцианины при 480–580 нм; фикоцианины (ФЦ) при 569–645 нм; и аллофикоцианины (APC) при 540–671 нм3. Численность ФБП очень высока (около 40–60% от общего содержания белка и 20% от сухой массы цианобактерий)4. PBP (PE, PC и APC) различаются в зависимости от их таксономического положения и условий культивирования2. Фикобилипротеины состоят из различных субъединиц α- и β-полипептидов5. Цианобактерии и виды красных водорослей являются основными водорослями, используемыми для коммерческого производства фикобилипротеинов, которые используются в качестве красителей, флуоресцентных меток и диагностических инструментов6. Метод экстракции фикобилипротеинов включает разрыв клеток с целью высвобождения белков изнутри клетки водоросли наружу. Клеточные стенки цианобактерий невероятно устойчивы, а у криптофитов очень чувствительны к разрушению7. В частности, извлечение фикоцианина затруднено из-за толстых клеточных стенок и высокого уровня примесей8. Благодаря своим антиоксидантным, противоопухолевым и фотосенсибилизирующим свойствам, а также их полезности в качестве флуоресцентных маркеров, PBP в последнее время привлекли большой интерес в области биотехнологии продуктов питания и медицины3,9. Фармацевтическая промышленность больше заинтересована в исследованиях ПБП в медицинских целях. Согласно отчету Future Market Insights, в 2018 году рынок PBP стоил 112,3 миллиона долларов США, и ожидается, что к 2028 году его стоимость удвоится10. И C-PC, и APC были описаны как сильные антиоксиданты против свободных радикалов, которые могут быть связаны с их белковыми фрагментами, которые имеют решающее значение для процесса удаления свободных радикалов11. В частности, C-PC использовался в качестве природного белка в пищевых продуктах и ​​биомедицинских исследованиях благодаря его гепатопротекторному, антиоксидантному, поглотителю свободных радикалов, противовоспалительному, противоартритному, противоопухолевому действию и флуоресцентной маркировке в биомедицинских исследованиях12. В коммерческих целях C-PC производится с использованием штаммов цианобактерий, таких как A. Platensis13. Согласно нескольким исследованиям, A. Platensis генерирует PC в качестве основного пигмента в дополнение к APC и следовым концентрациям PE14. Экономическое применение C-PC в основном зависит от его чистоты, которая обычно загрязнена другими фотосинтетическим белками, особенно APC12. Кроме того, APC часто используются в качестве флуоресцентных белковых зондов в биохимических процедурах, особенно в проточной цитометрии15,16. APC имеют множество биотехнологических применений, включая антиоксидантные17 и антивирусные18. Несмотря на то, что APC является полезным белком, его использование несколько ограничено трудностями очистки больших количеств белка. В связи с низкой концентрацией АПК в цианобактериях и макроводорослях, что затрудняет его выделение и очистку в значительных количествах, мы уделяем особое внимание очистке АПК из C. officinalis. Целью данного исследования была идентификация доминантных фикобилипротеинов у двух разных видов водорослей Corallina officinalis из Rhodophyta (APC) и Arthrospira Platensis из Cyanophyta (C-PC). Кроме того, оценить антиоксидантную, противовоспалительную, противоартритную и антибактериальную активность каждой фракции in vitro.