Sacarídeos como substratos orgânicos para Arthrospira platensis: impactos no teor proteico e crescimento celular

Abstract

O filo Cyanobacteriota, com sua vasta diversidade, oferece grande potencial biotecnológico. Arthrospira platensis destaca-se pela alta produção de proteínas e rápido crescimento, sendo amplamente utilizada. Apesar de estudos sobre fontes alternativas de carbono, há uma lacuna na comparação direta entre sacarídeos menos onerosos. Este estudo investigou o impacto de glicose, frutose e sacarose como substratos para otimizar o crescimento e a produção de proteínas em A. platensis, visando a sustentabilidade e redução de custos. A pesquisa confirmou a hipótese de que existem diferenças significativas no crescimento e na produção de proteínas de A. platensis entre as concentrações de glicose, frutose e sacarose. A glicose a 2,5 g L-¹ otimizou o crescimento mais rápido (µmax), enquanto concentrações mais elevadas (5,0 g L-¹) de todos os sacarídeos promoveram o maior acúmulo de biomassa (Ymax), com a sacarose demonstrando potencial para alta produtividade em larga escala. Em relação à composição bioquímica, o metabolismo nitrogenado (proteínas e aminoácidos) foi sensível ao balanço carbono- nitrogênio. Concentrações moderadas de glicose e frutose favoreceram a síntese proteica, mas o excesso de carbono (5,0 g L-¹ de frutose e sacarose) inibiu a produção de proteínas, redirecionando o metabolismo para o armazenamento de carboidratos. A dinâmica dos açúcares solúveis intracelulares e do glicogênio revelou que a glicose e frutose a 2,5 g L-¹ otimizaram o acúmulo de glicogênio na fase estacionária, indicando um ponto ótimo de concentração orgânica para reservas. A modulação dos pigmentos fotossintéticos (clorofila a e ficobiliproteínas) foi notável: baixas concentrações de sacarídeos (1,0 g L-¹) aumentaram esses pigmentos na fase estacionária, possivelmente como estratégia adaptativa, enquanto altas concentrações os inibiram. Os resultados fornecem informações valiosas para a implementação de práticas de cultivo mais eficientes e sustentáveis, contribuindo para a produção industrial de biomassa microbiana de alta qualidade. Palavras-chave: cianobactéria; cultivo mixotrófico; SpirulinaThe phylum Cyanobacteriota, with its vast diversity, offers significant biotechnological potential. Arthrospira platensis stands out for its high protein production and rapid growth, being widely utilized. Despite studies on alternative carbon sources, a gap remains in the direct comparison among less costly saccharides. This study investigated the impact of glucose, fructose, and sucrose as substrates to optimize A. platensis growth and protein production, aiming for sustainability and cost reduction. The research confirmed the hypothesis that significant differences exist in A. platensis growth and protein production across varying concentrations of glucose, fructose, and sucrose. Glucose at 2.5 g L-¹ optimized the fastest growth (µmax), while higher concentrations (5.0 g L-¹) of all saccharides promoted the greatest biomass accumulation (Ymax), with sucrose demonstrating potential for high-yield, large-scale productivity. Regarding biochemical composition, nitrogen metabolism (proteins and amino acids) was sensitive to the carbon-to-nitrogen balance. Moderate glucose and fructose concentrations favored protein synthesis, but excess carbon (5.0 g L-¹ of fructose and sucrose) inhibited protein production, redirecting metabolism towards carbohydrate storage. The dynamics of intracellular soluble sugars and glycogen revealed that glucose and fructose at 2.5 g.L-¹ optimized glycogen accumulation in the stationary phase, indicating an optimal organic concentration for reserves. The modulation of photosynthetic pigments (chlorophyll a and phycobiliproteins) was notable: low saccharide concentrations (1.0 g L-¹) increased these pigments in the stationary phase, possibly as an adaptive strategy, while high concentrations inhibited them. The results provide valuable information for implementing more efficient and sustainable cultivation practices, contributing to the industrial production of high-quality microbial biomass. Keywords: cyanobacteria; mixotrophic cultivation; Spirulina