Lipidomic study of the red marine macroalgae as source of bioactive compounds

Abstract

Marine macroalgae, or seaweeds, have gained an increased interest in recent times for the use in various biotechnological applications, due to the added-value of their chemical constituents. Among them, glycolipids and phospholipids display several commercial applications in a wide spectrum of industries, such as food, pharmaceutical and cosmetic. In an effort to further understand the lipid composition of macroalgae, the present work reports, for the first time, the isolation and characterization of the polar lipid profile of the red macroalgae Porphyra dioica cultivated on a land-based integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) system, using a lipidomic-based approach employing hydrophilic interaction liquid chromatography-eletrospray ionization mass spectrometry (HILIC-ESI-MS). The fatty acid profile of this species of seaweed was also determined, accounting for season variability and its life cycle. The polar lipid profile of P. dioica revealed the presence of over 69 molecular species, corresponding to glycolipids (sulfoquinovolsyldiacylglycerols, sulfoquinovosylmonoacylglycerols, digalactosyldiacylglycerols) and glycerophospholipids (lyso- and phosphatidylglycerols), lyso- and phosphatidylcholines), as well as phytyl derivatives. Some of these polar lipids contain polyunsaturated fatty acids (PUFAs), namely arachidonic acid (C20:4) and eicosapentaenoic acid (C20:5), thus revealing the ability of P. dioica to biosynthesize this long chain PUFAs. P.dioica from the winter season revealed to be richer in PUFA content, accounting for 37.0% of total fatty acid (TFA) content, as opposed to P. dioica from the summer season (25.0% of TFA content). Eicosapentaenoic acid (EPA) content was revealed to be being significantly higher in the winter season (25.2% of TFA content). The diploid sporophyte conchocelis phase of P. dioica showed to possess the highest amount of PUFAs (47.0% of TFA content), with arachidonic acid being the most abundant fatty acid (21.2% of TFA content). Several of the lipids identified have been reported to possess nutritional and health benefits, thus allowing the valorisation of P. dioica from IMTA as a source of bioactive compounds, adequate for the use in a wide range of different applications and as a functional food, rich in omega-3 fatty acids.

As macroalgas têm vindo a ganhar um interesse cada vez maior para o uso em diversas aplicações biotecnológicas, devido ao valor acrescentado dos seus diferentes constituintes. Entre estes, os glicolípidos e os fosfolípidos podem ser usados comercialmente em diferentes indústrias, tais como as indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Com o objetivo de compreender melhor a composição lipídica das macroalgas, o presente trabalho relata, pela primeira vez, a caracterização do perfil de lípidos polares da macroalga vermelha Porphyra dioica, cultivada num sistema de aquacultura multi-trófica integrada (IMTA), utilizando para esse fim uma abordagem lipidómica baseada na espectrometria de massa (HILIC-ESI-MS). Foi também determinado o perfil de ácidos gordos da referida espécie de alga, tendo em consideração a variabilidade sazonal e o seu ciclo de vida. O perfil de lípidos polares da alga P. dioica revelou a presença de mais de 69 espécies moleculares diferentes, correspondendo a classes de glicolípidos (sulfoquinovosildiacilgliceróis, sulfoquinovosilmonoacilgliceróis e digalactosildiacilgliceróis), fosfolípidos (liso- e fosfatidilglicerol, liso- e fosfatidilcolinas) e derivados fitil. Alguns destes lípidos polares contêm ácidos gordos polinsaturados (PUFAs) na sua composição, nomeadamente o ácido araquidónico (C20:4) e ácido eicosapentaenóico (C20:5), revelando, assim, a capacidade da alga P. dioica em biossintetizar este tipo de ácidos gordos polinsaturados de cadeia longa. Considerando a variação sazonal do conteúdo em ácidos gordos, a P. dioica cultivada no inverno revelou ser mais rica em PUFAs, correspondendo a 37.0% do conteúdo total de ácidos gordos, contrariamente à P. dioica cultivada no verão (25.0%). O conteúdo em ácido eicosapentaenóico (EPA) é significativamente maior na estação de inverno (25.2%). O perfil em ácidos gordos também variou com o ciclo de vida P. dioica, sendo que na fase de conchocelis a quantidade de PUFA é significativamente mais elevada (47.0% de conteúdo de ácidos gordos), sendo o ácido araquidónico o ácido gordo mais abundante (21.2% de conteúdo de ácidos gordos).Várias classes de lípidos polares foram identificados como possuindo benefícios nutricionais e para a saúde, permitindo assim a valorização da alga vermelha P. dioica produzida em IMTA como uma fonte de compostos bioativos, adequados para o uso numa grande variedade de aplicações como um alimento funcional, rica em ácidos gordos polinsaturados ómega-3.