Avaliação do potencial citotóxico, antibacteriano e antioxidante de extratos celulares de leveduras brasileiras

Abstract

Leveduras possuem papéis essenciais em ambientes naturais e industriais, gerando metabólitos bioativos aplicáveis em setores farmacêuticos e alimentícios. Esses compostos influenciam processos e interações biológicas que podem beneficiar a saúde humana. A facilidade de empregar leveduras em processos fermentativos as torna promissoras para aplicações industriais; entretanto, a falta de conhecimento sobre seus compostos bioativos limita seu uso, apesar de relatos de eficácia antibacteriana, antioxidante e anticâncer. Considerando (i) a estreita relação das leveduras com processos fermentativos, (ii) a abundância da biomassa celular residual nas indústrias de fermentação e (iii) a quantidade de resíduos lignocelulósicos gerados pela atividade agroindustrial no Brasil, este estudo avaliou in vitro as atividades antitumorais, antioxidantes e antibacterianas de extratos de células de seis linhagens de leveduras selvagens isoladas de insetos, de flores e da indústria sucroalcooleira. Três das linhagens utilizadas foram identificadas taxonomicamente em estudos prévios como Saccharomyces cerevisiae (PE-2), Papiliotrema laurentii (CHAP-158) e Meyerozyma caribbica (CHAP-204); as outras três foram identificadas durante o presente estudo como Rhodotorula sp. (CHAP-208), Aureobasidium sp. (CHAP-221) e Meyerozyma sp. (CHAP-243). Para a produção dos extratos, as linhagens foram cultivadas em meios contendo glicose e xilose, os dois açúcares mais abundantes em resíduos lignocelulósicos agroindustriais. A extração dos compostos intracelulares das leveduras foi realizada com três solventes orgânicos: hexano, acetato de etila e butanol. Nos ensaios in vitro foram avaliadas: (a) a citotoxicidade dos extratos em células de carcinoma pulmonar humano (A549), fibroblastos de macaco (VERO) e macrófagos murino (RAW); (b) a avaliação de atividade contra espécies reativas de oxigênio (EROs); e, (c) a redução de biofilme formado em titânio e poliestireno por Pseudomonas aeruginosa. Os compostos presentes nos extratos foram analisados por HPLC, e os sobrenadantes dos cultivos, por GC-MS. Os fracionamentos aquosos das linhagens PE-2 e CHAP-204 reduziram a viabilidade de células tumorais, com concentração inibitórias de 50% (CI50) de 90,42 µg/mL e 107,5 µg/mL, respectivamente. Quatro extratos celulares (das cepas CHAP-158, CHAP-204 e CHAP-243 em acetato de etila e da cepa CHAP-243 em butanol) demonstraram atividade antioxidante em células do sistema imunológico. Adicionalmente, os extratos testados reduziram a formação de biofilme formado por P. aeruginosa em superfícies de polipropileno e titânio. Em titânio, a fração aquosa da CHAP-204 e os extratos da CHAP-208 em butanol e da PE-02 em acetato de etila reduziram a viabilidade bacteriana em 77,58%, 83,99% e 66,19%, respectivamente. Em polipropileno, o extrato aquoso da CHAP-243 reduziu o biofilme em 70%, enquanto o da CHAP-243 em butanol e o aquoso da CHAP-158 reduziram em 64,87% e 61,59%, respectivamente. Os compostos fenólicos detectados por HPLC foram ácido pcumárico, epicatequina, ácido caféico, kaempferol, miricetina e quercetina. Nas análises em GC-MS, o 2-feniletanol foi o composto mais prevalente nos sobrenadantes dos cultivos, variando de 21,02% a 85,81% de abundância relativa. Esses resultados ampliam o entendimento dos compostos bioativos produzidos por leveduras selvagens e valorizam a biodiversidade microbiana brasileira, promovendo alternativas para uma economia circular por meio do aproveitamento de biomassas residuais da indústria sucroenergética.

Abstract: Yeasts play essential roles in natural and industrial environments, generating bioactive metabolites applicable in the pharmaceutical and food sectors. These compounds influence biological processes and interactions that can benefit human health. The ease of employing yeasts in fermentation processes makes them promising for industrial applications; however, the lack of knowledge about their bioactive compounds limits their use, despite reports of antibacterial, antioxidant, and anticancer efficacy. Considering (i) the close relationship of yeasts with fermentation processes, (ii) the abundance of residual cell biomass in fermentation industries, and (iii) the amount of lignocellulosic waste generated by agro-industrial activity in Brazil, this study evaluated in vitro the antitumor, antioxidant, and antibacterial activities of yeast-cell extracts from six wild strains isolated from insects, flowers, and the fuel-ethanol industry. Three of the strains were taxonomically identified in previous studies as Saccharomyces cerevisiae (PE-2), Papiliotrema laurentii (CHAP-158), and Meyerozyma caribbica (CHAP-204); the other three were identified during this study as Rhodotorula sp. (CHAP-208), Aureobasidium sp. (CHAP-221), and Meyerozyma sp. (CHAP-243). For the extracts' production, the strains were grown in media containing glucose and xylose, the two most abundant sugars in agroindustrial wastes. The extraction of intracellular yeast compounds was carried out with three organic solvents: hexane, ethyl acetate, and butanol. The in vitro assays evaluated (a) the extracts' cytotoxicity on human lung carcinoma cells (A549), monkey fibroblasts (VERO), and murine macrophages (RAW); (b) the evaluation of activity against reactive oxygen species (ROS); and (c) the reduction of biofilm formed on titanium and polystyrene by Pseudomonas aeruginosa. The compounds present in the extracts were analyzed through HPLC, and the culture supernatants through GC-MS. The aqueous fractions from strains PE-2 and CHAP-204 reduced the viability of tumor cells, with 50% inhibitory concentrations (CI50) of 90.42 µg/mL and 107.5 µg/mL, respectively. Four cell extracts (from strains CHAP-158, CHAP-204, and CHAP-243 in ethyl acetate and strain CHAP-243 in butanol) demonstrated antioxidant activity in immune system cells. Additionally, the extracts reduced the biofilm formed by P. aeruginosa on polypropylene and titanium surfaces. On titanium, the extracts from CHAP-204 in water, CHAP-208 in butanol, and PE-02 in ethyl acetate reduced bacterial viability by 77.58%, 83.99%, and 66.19%, respectively. On polypropylene, the aqueous extract from CHAP-243 reduced biofilm by 70%, while the extracts from CHAP-243 in butanol and CHAP-158 in water reduced the biofilms by 64.87% and 61.59%, respectively. The phenolic compounds detected by HPLC were p-coumaric acid, epicatechin, caffeic acid, kaempferol, myricetin, and quercetin. In GC-MS analyses, 2-phenylethanol was the most prevalent compound in the culture supernatants, ranging from 21.02% to 85.81% relative abundance. These results increase the understanding of the bioactive compounds produced by wild yeasts and the value of Brazilian microbial biodiversity, promoting alternatives for a circular economy and taking advantage of residual biomass from the sugar-energy industry.