Purification et fractionnement des phycobiliprotéines d'Arthrospira platensis et Corallina officinalis avec évaluation de leurs activités biologiques

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14270 (2023) Citer cet article

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Les phycobiliprotéines (PBP) sont une classe de pigments hydrosolubles dotés de diverses fonctions biologiques présentes dans les macroalgues rouges et les espèces cyanobactériennes. Les formes brutes de phycocyanine (C-PC) de l'algue bleu-vert Arthrospira platensis et d'allophycocyanine (APC) de la macroalgue rouge Corallina officinalis ont été extraites et purifiées par précipitation au sulfate d'ammonium, chromatographie par échange d'anions et chromatographie d'exclusion stérique, respectivement. Les C-PC et APC obtenus à partir de A. platensis et C. officinalis étaient respectivement de 0,31 mg/mL et 0,08 mg/mL, avec des masses moléculaires de « 17,0 KDa et 19,0 KDa » et « 15,0 KDa et 17,0 KDa » correspondant à α. et sous-unités β, respectivement. Le FT-IR a été utilisé pour caractériser les APC et C-PC purifiés afin d'examiner leurs structures. Des extraits hautement purifiés (A620/A280 > 4,0) ont été obtenus à partir des soustractions PC3 et PC4 qui ont été testées pour leurs activités biologiques. Les extraits bruts APC et C-PC ainsi que leurs fractions ont présenté un puissant antioxydant dans différents rapports en utilisant trois techniques. PC1 a montré des activités anti-inflammatoires (75,99 et 74,55 %) et anti-arthritiques (78,89 et 76,92 %) élevées pour C. officinalis et A. platensis, respectivement par rapport aux médicaments standards (72,02 et 71,5 %). Les extraits méthanoliques et aqueux des deux espèces ont montré une plus grande efficacité antibactérienne contre les bactéries marines Gram +ve que contre les bactéries marines Gram −ve. Notre étude a mis en lumière les utilisations médicales potentielles du C-PC et de l'APC extraits des espèces testées en tant que substances naturelles dans une variété d'aliments et de médicaments. Des recherches plus approfondies sont nécessaires pour explorer les diverses natures chimiques des PBP distincts provenant de différentes cyanobactéries et algues rouges, car leurs séquences d'acides aminés varient selon les différentes espèces d'algues.

Les espèces cyanophytes, cryptophytes, cyanelles et rhodophytes possèdent des phycobilisomes (PBS) qui agissent comme des antennes de l'appareil pigmentaire photosynthétique. Les phycobilisomes contiennent plusieurs phycobiliprotéines (PBP), une catégorie de pigments accessoires protéiques qui permettent à ces espèces d'algues de récolter l'énergie lumineuse en dehors des longueurs d'onde absorbées par la chlorophylle et les caroténoïdes, et sont responsables d'environ 50 % de la capture de la lumière provenant des cyanobactéries et des algues rouges1. Ces protéines hydrosolubles hautement colorées contribuent à hauteur de 30 à 50 % à la capacité totale de collecte de lumière de ces biotes en absorbant la lumière dans la plage visible de 450 à 650 nm, là où la chlorophylle absorbe mal dans cette plage. Ils transfèrent ensuite l’énergie aux complexes protéine-chlorophylle du photosystème 2 dans les lamelles photosynthétiques2.

Il existe plus de dix PBP différentes connues, qui peuvent être classées en quatre groupes en fonction de la longueur d'onde et de la présence de différents chromophores : les phycoérythrines (PE) ont un pic entre 545 et 566 nm ; phycoérythrocyanines à 480–580 nm ; phycocyanines (PC) à 569-645 nm ; et allophycocyanines (APC) entre 540 et 671 nm3. L'abondance des PBP est très élevée (environ 40 à 60 % de la teneur totale en protéines et 20 % du poids sec des cyanobactéries)4. Les PBP (PE, PC et APC) varient en fonction de leur position taxonomique et des conditions de culture2. Les phycobiliprotéines sont constituées de sous-unités polypeptidiques α et β différentes5. Les cyanobactéries et les algues rouges sont les principales algues utilisées pour la production commerciale de phycobiliprotéines, qui sont utilisées comme colorants, marqueurs fluorescents et outils de diagnostic6. La méthode d’extraction des phycobiliprotéines comprend la rupture cellulaire afin de libérer les protéines de l’intérieur des cellules d’algues vers l’extérieur. Si les parois cellulaires des cyanobactéries sont incroyablement résilientes, celles des cryptophytes sont très sensibles aux perturbations7. En particulier, l’extraction de la phycocyanine est difficile en raison des parois cellulaires épaisses et des niveaux élevés de contaminants8. En raison de leurs propriétés anti-oxydantes, antitumorales et photosensibilisantes ainsi que de leur utilité en tant que marqueurs fluorescents, les PBP ont récemment suscité beaucoup d'intérêt dans les domaines biotechnologiques de l'alimentation et de la médecine3,9. L'industrie pharmaceutique s'intéresse davantage à la recherche sur les PBP pour des applications médicales. D’après le rapport de Future Market Insights, le marché des PBP représentait 112,3 millions de dollars en 2018 et devrait doubler en valeur d’ici 202810. Le C-PC et l’APC ont tous deux été décrits comme de puissants agents antioxydants contre les radicaux libres. liés à leurs fractions protéiques qui sont cruciales pour le processus d’élimination des radicaux libres11. En particulier, le C-PC a été utilisé comme protéine naturelle dans la recherche alimentaire et biomédicale en raison de ses activités hépatoprotectrices, antioxydantes, anti-radicaux libres, anti-inflammatoires, anti-arthritiques, antitumorales et de son marquage fluorescent dans la recherche biomédicale12. Commercialement, le C-PC est produit à partir de souches de cyanobactéries comme A. platensis13. Selon plusieurs études, A. platensis génère du PC comme pigment principal en plus de l'APC et des traces de PE14. Les applications économiques du C-PC dépendent principalement de sa pureté, qui est généralement polluée par d’autres protéines photosynthétiques, notamment l’APC12. De plus, les APC sont fréquemment utilisées comme sondes protéiques fluorescentes dans les procédures biochimiques, notamment la cytométrie en flux . Les APC ont de nombreuses applications biotechnologiques, notamment antioxydantes17 et antivirus18. Bien que l'APC soit une protéine utile, son utilisation est quelque peu limitée par les difficultés liées à la purification de grandes quantités de protéine. En raison de la faible concentration d'APC dans les cyanobactéries et les macroalgues, ce qui rend difficile sa séparation et sa purification en quantités considérables, nous accordons une importance particulière à la purification de l'APC à partir de C. officinalis. Les objectifs de cette étude visaient à identifier les phycobiliprotéines dominantes chez deux espèces d'algues différentes, Corallina officinalis de Rhodophyta (APC) et Arthrospira platensis de Cyanophyta (C-PC). En plus d'évaluer les activités antioxydantes, anti-inflammatoires, anti-arthritiques et antibactériennes de chaque fraction in vitro.