Isac José da Silva Filho
No dia 19 de abril de 2018, o aluno Isac José da Silva Filho, bolsista CNPq, do Programa de Pós Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente, defendeu sua dissertação de mestrado intitulada “Estudo químico bioguiado da macroalga marinha da Antártica Desmarestia menziesii (Phaeophyceae) para isolamento de substâncias com atividades biológicas”.
A banca examinadora foi composta pela orientadora Prof. Dra. Luciana Retz de Carvalho (Núcleo de Pesquisa em Ficologia do Instituto de Botânica de São Paulo), Prof. Dr. Levi Pompermayer Machado (Universidade Estadual Paulista – Júlio de Mesquita Filho – UNESP) e a Dra. Erika Mattos Stein (Instituto Química da USP).
Estudo químico bioguiado da macroalga marinha da Antártica Desmarestia menziesii (Phaeophyceae) para isolamento de substâncias com atividades biológicas
ABSTRACT
The Antarctic region, one of the last continents colonized by man, is a unique region, since it is one of the coldest, windiest and driest places on the planet; also has a very variable photoperiod and high levels of ultraviolet radiation. These extreme conditions determine defense strategies in organisms, which live there. In this region, the terrestrial flora is particularly poor but the marine flora is abundant since there is an high nutrient offer. In this marine environment, algae are present as a primary source for the food chain and forming a large aquatic canopy, where brown macroalgae predominate. In this extreme environment, organisms develop unique mechanisms of survival that may involve the morphology, anatomy, physiology, and production of chemical compounds. Antarctic algae differ from those of other regions mainly due to the high efficiency of their photosynthetic mechanisms, and for the ability to synthesize large amounts of photoprotective substances in addition to antifreeze, anti-herbivory, anti-epiphytic, and anti-incrustation metabolites. These active compounds are target of interest due to their practical applications however, the studies which describe the chemical profile of this ecosystem species of are scarce. Thus, our object of study is the brown macroalgae Desmarestia menziessi J.Agardh (Ochrophyta), endemic in the region and component of the large marine canopy. Therefore, our aim was the chemical and biological study of hexane, dichloromethane, ethyl acetate and methanol extracts from this marine macroalga. The specimens were collected on Penguin (62° 6′0″S, 57°56′0″W) and Livingston (62º 38’52. 7”S, 60º 45’ 49.8” W) Islands, located in the Antarctic Peninsula, on 1/8/2015 and 1/12/2016. The biomass collected on Penguin Island was lyophilized, ground (603 g) and sequentially extracted with a series of solvents of increasing polarity viz., hexane, dichloromethane, ethyl acetate, and methanol, process that gave rise to the extracts EH, ED, EAC e EM, respectively. EH was subjected to gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS); the other extracts were submitted to open column chromatographic fractionation monitored by planar chromatography (PC), and revealed with vanillin, p-hydroxybenzaldehyde, ceric sulfate, ferric chloride, ninhydrin, and 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical (DDPH). One of the fractions of ED was studied by GC/MS, as well. All extracts and some of its fractions were submitted to anticholinesterase and antifungal biautographic tests. The isolated compounds were identified by Nuclear Magnetic Resonance of Hydrogen and Carbon (NMR 1H and 13C), and MS. The contents of photosynthetic pigments, total soluble proteins and carbohydrate of three regions of tallus (stipe, median and apex) were measured in the material collected from the Livingston Island. Fucosterol, sterol common to brown algae, numerous hydrocarbons and fatty acids, and various contaminants as well were identified in EH. Petroleum hydrocarbons, xenobiotics identified for the first time in Antarctic algae, as well as phthalates and adipate that are plastic waste, were detected in ED. Fractions that presented antioxidant and antifungal activities and whose spectra have a similar appearance to the chromenols, already isolated from this species, were separated from EAC. A compound was isolated as a crystal from EM; its structure was established by elucidation of the Infrared, 1H and 13C NMR, and MS spectra. This compound, mannitol, is considered reserve material of algae, was isolated in great quantity and for the first time from D. menziessi; besides, it has low freezing point and the can storage thermal energy, properties which leads one to suppose that it exerts antifreeze activity on algae. Mannitol performs this function on insects and plants from very cold regions. The analyses of the photosynthetic pigment contents showed that they are distributed evenly over the tallus. Correlations directly proportional between chlorophyll a and chlorophyll c were observed, as well. In the dosages of total soluble proteins, the apex presented higher content than the stipe and the median, which have similar contents; this difference can be attributed to the growth pattern of the species. Carbohydrates also showed uniform distribution over the thallus. Herein, we present, in addition to contributions on some chemical constituents of D. menziessi, an expressive list of pollutants desorbed from the tallus of D. menziessi, by the solvents hexane and dichloromethane and a brief discussion on the role of macroalgae as pollution bioindicators.
Keywords: Extremophile algae; Mannitol; Antifreeze
RESUMO
A região antártica, um dos últimos continentes desbravados pelo homem, é uma região com peculiaridades únicas, pois é um dos locais mais frios, ventosos e secos do planeta; também possui fotoperíodo muito variável e altos níveis de radiação ultravioleta. Essas condições extremas determinam estratégias de defesa nos organismos que lá vivem. Nessa região, a flora terrestre é particularmente pobre, porém a flora marinha é abundante pois há vultuosa oferta de nutrientes. Nesse ambiente marinho, as algas estão presentes como fonte primária para a cadeia alimentar e também formando um grande dossel aquático, onde predominam as macroalgas pardas. Neste meio extremo, os organismos desenvolvem mecanismos únicos de sobrevivência que podem envolver a morfologia, a anatomia, a fisiologia e a produção de compostos químicos. As algas da Antártica diferem das que habitam outras regiões principalmente pela grande eficiência de seus aparatos fotossintéticos e pela capacidade de sintetizar grandes quantidades de substâncias fotoprotetoras, além de metabolitos anticongelantes e com ações anti-herbivoria, anti-epifitismo e anti-incrustação. Esses compostos ativos são alvo de interesse pelas aplicações práticas que possuem, porém não são numerosos os estudos que descrevem o perfil químico das espécies desse ecossistema. Assim, nosso objeto de estudo é a macroalga parda endêmica Desmarestia menziessi J.Agardh (Ochrophyta), também componente do grande dossel marinho. Portanto, o objetivo desse trabalho foi o estudo químico e biológico dos extratos hexânico, em diclorometano, em acetato de etila e metanólico da macroalga marinha bentônica Desmarestia menziesii. Os exemplares foram coletados na Ilha Pinguim em 08/01/2015 e na Ilha Livingston em 12/01/2016, localizadas na Península Antártica. A biomassa coletada na ilha Pinguim foi liofilizada, moída e submetida à extração com a série de solventes em polaridade crescente hexano, diclorometano, acetato de etila e metanol, dando origem aos extratos EH, ED, EAE e EME, respectivamente. O EH foi submetido à cromatografia gasosa/espectrometria de massas (CG/EM); os outros extratos foram submetidos a fracionamentos cromatográficos em coluna aberta, monitoradas por cromatografia planar (CP), em que os derivatizantes foram vanilina, p-hidroxibenzaldeído, sulfato cérico, cloreto férrico, ninidrina e 1,1-difenil-2-picrilhidrazila (DDPH). Uma das frações do ED também foi submetida a estudos por CG/EM. Os extratos e algumas de suas frações foram submetidas aos ensaios biautográficos anticolinesterásico e antifúngico. As substâncias isoladas foram submetidas à EM e à Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio e Carbono (RMN 1H e de 13C). Já no material coletado da ilha de Livingston foram dosados os teores dos pigmentos fotossintéticos, proteínas solúveis totais e carboidratos, em três regiões do talo: estipe, mediana e ápice. No EH, foram identificados o fucosterol, esterol comum às algas pardas, numerosos hidrocarbonetos e ácidos graxos comuns a estes organismos, além de diversas substâncias contaminantes. No ED, foram identificados hidrocarbonetos de petróleo, xenobióticos identificados pela primeira vez em algas da Antártica, além de ftalatos e adipato, que são resíduos de plásticos. No EAE foram separadas frações que apresentaram atividades antioxidante e antifúngica e cujos espectros têm feição semelhante aos dos cromenóis, já isolados dessa espécie. O EME forneceu um cristal identificado por espectros de infravermelho (IV), EM e RMN 1H e de 13C como o manitol, considerado material de reserva das algas e isolado pela primeira vez de Desmarestia menziessi. A quantidade com que foi encontrado no talo, a propriedade de armazenar energia térmica e o baixo ponto de congelamento levam à hipótese de que também pode exercer atividade anticongelante na alga, função que desempenha em insetos e em plantas de regiões muito frias. As análises dos teores de pigmentos fotossintetizantes mostraram que estes estão distribuídos uniformemente ao longo do talo. Também foram observadas correlações diretamente proporcionais entre as clorofila a e clorofila c. Quanto às dosagens das proteínas solúveis totais, o teor apresentado pelo ápice foi menor do que os do estipe e da mediana, que têm valores semelhantes; essa diferença pode ser atribuída ao padrão de crescimento da espécie (crescimento tricotálico). Os carboidratos também apresentaram distribuição uniforme ao longo do talo. No presente trabalho apresentamos, além de contribuições sobre alguns constituintes químicos de D. menziessi, uma expressiva lista de contaminantes dessorvidos do talo da alga pelos solventes hexano e diclorometano e também uma breve discussão do papel das macroalgas como bioindicadoras de poluição.
Palavras-chave: Algas extremófilas; Manitol; Anticongelante
Isac José da Silva Filho
Estudo químico bioguiado da macroalga marinha da Antártica Desmarestia menziesii (Phaeophyceae) para isolamento de substâncias com atividades biológicas
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