Identificação de metabólitos secundários da bioconversão por Aspergillus niger em biomassa derivada da casca da banana (Musa balbisiana). Análise metabolômica dos perfis químicos.

Abstract

A crescente urbanização tem contribuído significativamente para o aumento na geração de resíduos alimentares, como cascas, sementes e bagaço. A falta de gestão ou a gestão inadequada desses resíduos trazem impactos ambientais significativos. Desta forma, o desenvolvimento de métodos e processos para reutilização desses resíduos se fazem importantes. O aproveitamento desses resíduos para a produção de compostos bioativos de alto valor agregado tem se tornado uma estratégia promissora em biotecnologia. Nesse contexto, o fungo Aspergillus niger foi isolado e cultivado em dois meios distintos: um composto apenas por cascas de banana (CB) e outro enriquecido com amido (CBA). Os cultivos foram realizados a 28 °C por períodos de 14, 21 e 28 dias. A dinâmica química dos metabólitos secundários produzidos foi analisada por LC-MS/MS, com apoio das plataformas MS-FINDER e GNPS para desreplicação e anotação. Análises estatística multivariáveis também foram aplicadas: PCA, PLS-DA, VIP e Mapa de calor. Em meios CB, foram detectados 76 metabólitos secundários, dos quais 66 foram atribuídos à biossíntese por A. niger. Dentre esses, 27 são reconhecidos como quimiomarcadores da espécie. Os demais metabólitos, com exceção de 13 não identificados, já haviam sido previamente relatados em outros organismos. Já no meio CBA, foram detectados 99 metabólitos, sendo que 22 estão descritos na literatura como oriundos de A. niger. Desse total, 26 compostos não foram identificados, 12 também estavam presentes em CB, e os demais são conhecidos por ocorrer em outros microrganismos. A análise multivariada por PCA mostrou que o cultivo de 28 dias no meio CBA apresentou um perfil químico distintos, não se agrupado com as demais condições. A análise VIP, indicou os metabolitos significativos para diferenciação entre os tempos e condições de cultivo: nonadecan-2-amina (VIP > 2,6) e o derivado de alquilarilamina de m/z 304,3005; VIP = 2,5), no modo ESI+; e um derivado de ácido graxo (m/z 311,2210 (pontuação > 2,2) e um dissacarídeo de monoglicerídeo (m/z 559,3123; VIP > 2,4), no modo ESI-. O mapa de calor com agrupamento hierárquico confirmou essa separação, à medida que o tempo de cultivo aumentou para 28 dias, as amostras, principalmente CBA_An28d se distanciaram significativamente das demais, refletindo na diversificação metabólica. Estes resultados, sugerem que o cultivo 28 dias é o período mais favorável para a produção de compostos bioativos por A. niger, sendo esse efeito também influenciado pela presença de amido no meio de cultivo. Esses achados demonstram o potencial dos resíduos agroalimentares como substrato para cultivo fúngico, visando a produção de metabólitos bioativos.

Abstract: Increasing urbanization has contributed significantly to the increase in the generation of food waste, such as peels, seeds and bagasse. The lack of management or inadequate management of this waste has significant environmental impacts. Therefore, the development of methods and processes for the reuse of this waste is important. The use of these residues to produce high added-value bioactive compounds has become a promising strategy in biotechnology. In this context, the fungus Aspergillus niger was isolated and cultivated in two distinct media: one composed only of banana peels (BP) and another enriched with starch (BPS). Cultivations were carried out at 28 °C for periods of 14, 21 and 28 days. The chemical dynamics of the secondary metabolites produced were analyzed by LC-MS/MS, with the support of the MS-FINDER and GNPS platforms for dereplication and annotation. Multivariate statistical analysis was also applied: PCA, PLS-DA, VIP and Heatmap. In BP media, 76 secondary metabolites were detected, of which 66 were attributed to biosynthesis by A. niger. Among these, 27 are recognized as chemomarkers of the species. The remaining metabolites, except for 13 unidentified ones, had previously been reported in other organisms. In the BPS medium, 99 metabolites were detected, of which 22 are described in the literature as originating from A. niger. Of this total, 26 compounds were not identified, 12 were also present in BP, and the others are known to occur in other microorganisms. Multivariate analysis by PCA showed that the 28-day culture in CBA medium presented a distinct chemical profile, not clustering with the other conditions. VIP analysis indicated the significant metabolites for differentiation between the times and culture conditions: nonadecan-2-amine (VIP > 2.6) and the alkylarylamine derivative (m/z 304,3005; VIP = 2.5), in ESI+ mode; and a fatty acid derivative (m/z 311.2210 (score > 2.2)) and a monoglyceride disaccharide (m/z 559.3123; VIP > 2.4), in ESI- mode. The hierarchical clustering heat map confirmed this separation; as the cultivation time increased to 28 days, the samples, mainly CBA_An28d, significantly distanced themselves from the others, reflecting metabolic diversification. These results suggest that 28 days of cultivation is the most favorable period for the production of bioactive compounds by A. niger, this effect also being influenced by the presence of starch in the culture medium. These findings demonstrate the potential of agri-food residues as a substrate for fungal cultivation, aiming at the production of bioactive metabolites.