Production Optimization and Evaluation of Antioxidant and Cytotoxic Properties of Cellulosimicrobium AZ Carotenoid Pigment

نوع مقاله: پژوهشی- انگلیسی

نویسندگان

1 گروه زیست‌شناسی سلولی و مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه گنبدکاووس، گلستان، ایران

10.22108/bjm.2020.122647.1295

چکیده

مقدمه: میکروارگانیسم های اکسترموفیل مقاوم به اشعه، می توانند میزان زیادی کاروتنوئید تولید کنند. با این وجود، بهینه سازی تولید متابولیت های آن ها برای اهداف تجاری با مقیاس وسیع ضروری است. هدف از این مطالعه بررسی تولید رنگدانه های کاروتنوئیدی یک سویه اکسترموفیل که از نظر فیلوژنتیکی نزدیک به جنس سلولوزی میکروبیوم است، می باشد که تاکنون گزارشی در مورد آن مطرح نشده است.
مواد و روش ها: اثر منابع کربنی و نیتروژنی مختلف بر زیست توده میکروبی و تولید رنگدانه سویه مورد مطالعه با استفاده از رهیافت یک-فاکتور-در-یک- زمان بررسی شد. فعالیت آنتی اکسیدانی رنگدانه با استفاده از تست های به دام اندازی رادیکال‌های آزاد و قدرت احیاکنندگی یون‌های آهن فریک بررسی شد. به علاوه، خاصیت ضدمیکروبی و سمیت سلولی عصاره رنگدانه، به ترتیب با روش های انتشار در آگار و سنجش فعالیت متابولیکی سلولی مطالعه شد.
نتایج: حداکثر پیگمان کاروتنوئیدی تولیدی توسط سویه مورد مطالعه، در محیط کشت تخمیری حاوی g/L 1 عصاره مخمر و g/L 1 گلوکز (mg /L 5/22) که 7/10 برابر شرایط غیر بهینه (mg /L 1/2) است، به دست آمد. نصف حداکثر غلظت مؤثر (EC50) رنگدانه به ترتیب در تست های به دام اندازی رادیکال‌های آزاد و قدرت احیاکنندگی یون‌های آهن فریک برابر با mg/mL 97/10 و μg/mL 02/6 شد. همچنین رنگدانه این سویه، هیچگونه فعالیت سمی و مهارکننده نسبت به رده سلولی فیبروبلاست انسانی نشان نداد.
بحث و نتیجه گیری: در مقایسه با مطالعات گذشته، عصاره کاروتنوئیدی سویه AZ فعالیت آنتی اکسیدانی قابل توجهی از خود نشان داد. بنابراین،این مطالعه، پایه ای برای استفاده های بعدی از سویه سلولوزی میکروبیوم AZ به عنوان یک میکروارگانیسم نوید بخش برای تولید تجاری کاروتنوئیدها در صنایع غذایی یا ضد آفتاب به دلیل فعالیت آنتی اکسیدانی و غیر سیتوتوکسیک رنگدانه کاروتنوئیدی آن است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Production Optimization and Evaluation of Antioxidant and Cytotoxic Properties of Cellulosimicrobium AZ Carotenoid Pigment

نویسندگان [English]

  • Atefeh Salehibakhtiyari 1
  • Zahra Etemadifar 1
  • Matia Sadat Borhani 2
1 Department of Cell and Molecular Biology & Microbiology, Faculty of Biological Science and Technology, University of Isfahan, Isfahan, Iran.
2 Biology Department, Faculty of Sciences, University of Gonbad Kavous, Golestan, Iran
چکیده [English]

Introduction: The radiation-resistant extremophile microorganisms can produce high amounts of carotenoids. However, the optimization of their metabolite production is critical for large-scale commercial purpose. This study aimed to investigate the production of carotenoid pigments by an extremophile strain phylogenetically close to the genus Cellulosimicrobium that has not been reported so far.
Material and methods: The influence of various carbon and nitrogen sources on the microbial biomass and pigment production of the studied strain were investigated using one-factor-at-a-time-approach. Antioxidant activity of the pigment was evaluated using free radical scavenging and ferric reducing antioxidant power. Besides, the antibacterial and cytotoxicity activity of the pigment extract were investigated using the agar well-diffusion method and cell metabolic activity assay, respectively.
Results: The maximum amount of carotenoid pigment produced by the studied strain was achieved in the fermentation medium containing 1g/L yeast extract and 1g/L glucose (22.5 mg /L) that was 10.7 fold more than the unoptimized conditions (2.1 mg/L). The half-maximal effective concentration (EC50) values of the pigment were evaluated as much as 10.97 mg/mL and 6.02 μg/mL in the free radical scavenging and ferric reducing antioxidant power assay, respectively. Also, the pigments of this strain showed no toxic and inhibitory effect on the human fibroblast cell line.
Discussion and conclusion: As compared to previous studies, the carotenoid pigment extract of strain AZ displayed strong antioxidant activity. Therefore, the present study lays a foundation for future utilizations of Cellulosimicrobium strain AZ as a promising microorganism for commercial production of carotenoids in the food industry or sunscreens due to the antioxidant and non-cytotoxic activity of its carotenoid pigment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant
  • Carotenoid
  • Cellulosimicrobium
  • Cytotoxicity
  • Optimization