Isolation and characterization of seaweed pigments and their antifungal potential

Abstract

As infeções por dermatófitos, fungos que causam infeções fúngicas da pele, unhas, cabelo e mucosas, são as infeções fúngicas mais comuns em humanos. Estas patologias requerem longos períodos de tratamento tópico e sistémico que estão associados a efeitos adversos e contraindicações. Por outro lado, as resistências a antifúngicos tem vindo a tornar-se um problema de saúde pública nos últimos anos, comprometendo o tratamento de estirpes resistentes. Neste contexto, a identificação de novas moléculas com potencial antifúngico de recursos naturais assume particular importância, até porque alguns destes compostos têm apresentado menor toxicidade e têm vindo a mostrar-se muito eficientes. As macroalgas têm vindo a ser alvo de muitas atenções devido às bioatividades já estudadas de alguns dos seus compostos. Apesar de já existirem imensos estudos sobre a aplicação das macroalgas em várias áreas, na agricultura, farmacologia, cosmética, indústria, entre outras, a informação que existe é maioritariamente sobre os extratos brutos e não de um composto específico. Os pigmentos das macroalgas são um exemplo disso. Os pigmentos podem ser divididos em três grupos: Clorofilas, Carotenoides e Ficobiliproteinas, a concentração e a presença dos mesmos variam consoante a espécie. O interesse nestes compostos tem vindo a crescer em várias indústrias tais como, na cosmética, na alimentar e também na farmacêutica.Este estudo teve dois objetivos, o primeiro foi avaliar se seria possível isolar e caracterizar os pigmentos extraídos das algas Fucus vesiculosus e de Calliblepharis jubata, e o segundo foi avaliar se os mesmos teriam atividade antifúngica. Para a extração dos pigmentos foi utilizado um método de extração por esgotamento e a purificação foi realizada através de cromatografia de coluna. A caracterização foi realizada com recurso a três técnicas: TLC, espectrofotometria UV-visível e FTIR. Ao longo do processo de isolamento de pigmentos foi possível concluir que a acetona é, no geral, o melhor solvente para extrair pigmentos. Relativamente aos métodos de caracterização, é necessário aprofundar mais estas caracterização dos pigmentos uma vez que existem muito poucos estudos relativamente a este tópico e os que existem fazem caracterizações muito pouco aprofundadas. Mais, este trabalho também alerta para a perda de estabilidade dos pigmentos extraído ao longo do tempo. A atividade antifúngica foi avaliada utilizando o método de microdiluição, seguindo as normas internacionais EUCAST, e foi possível observar que o extrato S e o extrato bruto R, obtidos da alga C. jubata foram os únicos que demonstraram atividade antifúngica em Trichophyton rubrum, Tricophyton mentagrophytes e Microsporum canis. Para além dos ensaios de sensibilidade a antifúngicos, também foi realizado ensaios com ativação dos pigmentos com LEDs de dois comprimentos de onda diferentes 527 nm e 627 nm para estudar a capacidade de eliminação de biofilmes fúngicos por estes pigmentos. Alguns dos extratos estudados demonstraram uma ligeira redução da biomassa de biofilmes (e sem significância estatística) nos fungos filamentosos testados T. rubrum, T. mentagrophytes, M. canis e também em Candida parapsilosis. Este estudo permitiu observar que o processo de isolamento e caracterização de pigmentos precisa de otimizações, de modo a ser possível obter um protocolo mais eficiente. Por outro lado, este trabalho também demonstrou que os pigmentos de algas são um composto bioativo promissor uma vez que alguns deles apresentaram alguma atividade antifúngica.

Fungal infections of the skin, nails, hair and mucous membranes, caused by dermatophytes, are the most common fungal infections in humans. These pathologies require long periods of topical and systemic treatment that are associated with adverse effects and contraindications. On the other hand, antifungal resistance has become a public health problem in recent years, compromising the treatment of resistant strains. In this context, the identification of new molecules with antifungal potential from natural resources is of particular importance, especially because some of these compounds have shown less toxicity and have proved to be very efficient.Macroalgae have been the target of much attention due to the known bioactivities of some of their compounds. Although there are already many studies on the application of macroalgae in various areas, in agriculture, pharmacology, cosmetics, industry, among others, the information that exists is mostly about the raw extracts and not about a specific compound. Seaweeds pigments are an example of this. Pigments can be divided into three groups: Chlorophylls, Carotenoids and Phycobiliproteins, their concentration and presence vary depending on the species. Interest in these compounds has been growing in various industries such as cosmetics, food and pharmaceuticals.This study had two objectives, the first was to evaluate whether it would be possible to isolate and characterize the pigments extracted from Fucus vesiculosus and Calliblepharis jubata seaweeds, and the second was to assess whether they have antifungal activity. For the extraction of the pigments, a method of extraction by exhaustion was used and the purification was carried out by column chromatography. The characterization was carried out using three techniques: TLC, UV-visible spectrophotometry and FTIR. During the process of pigment isolation, it was possible to conclude that acetone is, in general, the best solvent to extract pigments. Regarding the characterization methods, it is necessary to invest further into the characterizations of pigments since there are very few studies on this topic and those that exist make very little in-depth characterizations. Moreover, this work also alerts to the loss of stability of the extracted pigments over the time. The antifungal activity was evaluated using the microdilution method, following the EUCAST international standards, and it was possible to observe that the extract S the purified pigment phycobiliprotein and the crude extract R containing the several pigments, obtained from the algae C. jubata were the only ones that showed antifungal activity in Trichophyton rubrum, Tricophyton mentagrophytes and Microsporum canis. In addition to antifungal sensitivity assays, pigment activation assays with LEDs of two different wavelengths 527 nm and 627 nm were also performed to study the ability of these pigments to eliminate biofilms. Some of the extracts studied showed a slight reduction in biofilm biomass (without statistical significance) in the filamentous fungi tested T. rubrum, T. mentagrophytes, M. canis and also in Candida parapsilosis. This study allowed us to observe that the process of isolation and characterization of pigments require optimizations, in order to obtain a more efficient protocol. On the other hand, this work also demonstrated that the seaweed pigments are a promising bioactive compound since some of them showed some antifungal activity.