עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הפורטוגזית למדע וטכנולוגיה (FCT) באמצעות פרויקטים אסטרטגיים שהוענקו למרכז MARE-Marine and Environmental Sciences Centre (UIDP/04292/2020 ו- UIDB/04292/2020), ולמעבדה עמיתה ARNET (LA/P/0069/2020). FCT גם מימנה את מענקי הדוקטורט האישיים שהוענקו למרתה ו. פרייטס (UI/BD/150957/2021) וטטיאנה פריירה (2021. 07791. ב"ד). עבודה זו נתמכה כספית גם על ידי פרויקט HP4A - פסטה בריאה לכולם (קידום משותף מס '039952), במימון משותף של ERDF - הקרן האירופית לפיתוח אזורי, במסגרת תוכנית פורטוגל 2020, באמצעות COMPETE 2020 - תחרותיות ובינאום תוכנית תפעולית.

1. קציר ביומסה והכנתה
<ol><li>קצרו את הדגימות של G. gracilis במהלך השפל והעבירו אותן במהירות למעבדה בקופסאות חשוכות ומקוררות כדי למנוע התייבשות, אור וחשיפה לאוויר.</li>
	<li>במעבדה, שטפו כל תאלוס במי ים זורמים ונקו היטב כדי להסיר פסולת, חלקי נמק, אפיפיטים ואורגניזמים אחרים מפני השטח.</li>
	<li>שמור את ?...

רתימת Gracilaria gracilis: פוטנציאל ביו-אקטיבי לחדשנות בת-קיימא

בדיקות הפעילות האנטי-מיקרוביאלית בתווך נוזלי משמשות להערכת יעילותם של חומרים אנטי-מיקרוביאליים כנגד מיקרואורגניזמים המרחפים בתווך נוזלי ומבוצעות בדרך כלל כדי לקבוע את יכולתו של חומר לעכב גדילה או להרוג מיקרואורגניזמים 35,36,37,38<sup class="xref"...

אצות ים יכולות להיחשב כחומר גלם טבעי מעניין שיש להרוויח ממנו על ידי מגזרי התרופות, המזון, המזון ואיכות הסביבה. הם מסנתזים ביולוגית מגוון של מולקולות, רבות מהן אינן נמצאות באורגניזמים יבשתיים, עם תכונות ביולוגיות רלוונטיות 1,2. עם זאת, פרוטוקולי גידול אופטימליים לאצות ים צריכים להיות מיושמים כדי להבטיח מלאי ביומסה גדול.
שיטות גידול חייבות תמיד לקחת בחשבון את אופי התאלי האצות ואת המורפולוגיה הכוללת. Gracilaria gracilis הוא טקסון משובט, כלומר איבר ההתקשרות מייצר מספר צירים צמחיים. כך מושגת התפשטות על ידי פיצול (רבייה וגטטיבית), שכן כל אחד מהצירים הללו מסוגל לאמץ חיים עצמאיים מהתאלוס הראשי3. טקסה קלונלית יכולה להשתלב בהצלחה עם מתודולוגיות גידול פשוטות ומהירות בצעד אחד, שכן כמויות גדולות של ביומסה מתקבלות על ידי פיצול התאלוס למקטעים קטנים המתחדשים במהירות וגדלים לפרטים חדשים זהים גנטית. ניתן להשתמש הן בתאלי הפלונטי והן בתאלי הדיפלונטי בתהליך זה. אף על פי שהסוג מציג מחזור חיים משולש איזומורפי הפלו-דיפלונטי מורכב, רק לעתים רחוקות יש צורך בנבגים, למעט כאשר נדרשת התחדשות גנטית של המלאי כדי להשיג יבולים משופרים. במקרה זה, הן tetraspores (נבגים haplontic שנוצרו על ידי meiosis) ו carpospores (נבגים דיפלונטיים שנוצרו על ידי מיטוזה) ליצור thalli macroscopic כי אז ניתן לגדל ולהפיץ על ידי רבייה צמחית4. מחזורי הצמיחה מוכתבים על ידי התנאים הסביבתיים והמצב הפיזיולוגי של הפרטים, בין גורמים ביולוגיים אחרים כגון הופעתם של אפיפיטים והיצמדות של אורגניזמים אחרים. לכן, אופטימיזציה של תנאי הגידול חיונית כדי להבטיח פרודוקטיביות גבוהה ולייצר ביומסה באיכות טובה5.
מיצוי של תרכובות ביו-אקטיביות מאצות, כולל G. gracilis, יכול להיות מושג בשיטות שונות 6,7. בחירת שיטת המיצוי תלויה בתרכובות העניין הספציפיות, ביישום היעד ובמאפייני האצות. במחקר זה התמקדנו במיצוי ממסים, הכולל שימוש בממסים ירוקים, כגון מים או אתנול, כדי להמיס ולמצות תרכובות ביו-אקטיביות מהביומסה של האצות. המיצוי יכול להתבצע באמצעות maceration בצורה תכליתית ויעילה והוא יכול לשמש למגוון רחב של תרכובות. זוהי שיטה פשוטה ונפוצה הכוללת השריית ביומסה בממס לתקופה ממושכת, בדרך כלל בטמפרטורות החדר או מעט גבוהות. את הממס מערבבים כדי לשפר את תהליך המיצוי. לאחר זמן המיצוי הרצוי, הממס מופרד מהחומר המוצק על ידי סינון או צנטריפוגה.
מים הם ממס נפוץ ביישומי מזון בשל בטיחותם, זמינותם והתאמתם למגוון רחב של מוצרי מזון. מיצוי מים מתאים לתרכובות קוטביות כגון רב-סוכרים, פפטידים ופנולים מסוימים. עם זאת, ייתכן שהוא לא יחלץ ביעילות תרכובות שאינן קוטביות. אתנול הוא גם ממס בשימוש נרחב ביישומי מזון והוא יכול להיות יעיל למיצוי מגוון מולקולות ביו-אקטיביות, כולל תרכובות פנוליות, פלבנואידים ופיגמנטים מסוימים. אתנול מוכר בדרך כלל כבטוח לשימוש במזון וניתן להתאדות בקלות, תוך השארת התרכובות המחולצות מאחור. ראוי לציין כי הבחירה של שיטת מיצוי צריך לשקול גורמים כגון יעילות, סלקטיביות, עלות-תועלת, והשפעה על הסביבה. אופטימיזציה של פרמטרים של מיצוי, כגון ריכוז הממס, זמן המיצוי, הטמפרטורה והלחץ, חיונית להשגת יבולים אופטימליים של תרכובות ביו-אקטיביות מ- G. gracilis או מאצות אחרות.
נמצא כי אצות ים מפגינות פעילות אנטי-מיקרוביאלית נגד מגוון רחב של מיקרואורגניזמים, כולל חיידקים, פטריות ונגיפים8. פעילות זו מיוחסת לרכיבים ביו-אקטיביים, כולל פנולים, רב-סוכרים, פפטידים וחומצות שומן. מספר מחקרים הוכיחו את יעילותם נגד פתוגנים כגון Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella sp. ו - Pseudomonas aeruginosa, בין היתר9. הפעילות האנטי-בקטריאלית של אצות מיוחסת לנוכחות של תרכובות ביו-אקטיביות שיכולות להפריע לדפנות התאים המיקרוביאליים, לממברנות, לאנזימים ולמסלולי איתות10. תרכובות אלה עלולות לשבש את גדילת החיידקים, לעכב היווצרות ביופילם ולווסת תגובות חיסוניות.
אצות אדומות, הידועות גם בשם רודופיטים, הן קבוצה של אצות שיכולות להפגין פעילות אנטי-מיקרוביאלית נגד מגוון מיקרואורגניזמים. בתוך קבוצה זו, G. gracilis מכיל תרכובות ביו-אקטיביות שונות שעשויות לתרום לפעילות האנטי-מיקרוביאלית המדווחת שלו. בעוד שהמולקולות הספציפיות יכולות להשתנות, הסוגים הנפוצים שדווחו ב- G. gracilis ועשויים להיות בעלי תכונות מיקרוביאליות הם רב-סוכרים, פנולים, טרפנואידים ופיגמנטים11. עם זאת, חשוב לציין כי נוכחותם וכמותם של רכיבים אלה יכולה להשתנות בהתאם לגורמים כגון מיקום איסוף האצות, עונתיות, מצב פיזיולוגי של התאלי ותנאי הסביבה. לכן, הסוג והריכוז הספציפיים של תרכובות מיקרוביאליות ב- G. gracilis עשויים להשתנות בהתאם.
G. gracilis נמצא גם כבעל תכונות נוגדות חמצון, המכילות תרכובות פנוליות שונות, אשר הוכחו כמסלקות רדיקלים חופשיים ומפחיתות עקה חמצונית12.נוגדי חמצון עוזרים להגן על התאים מפני נזקים שנגרמים על-ידי מיני חמצן תגובתיים, ויש להם יתרונות בריאותיים פוטנציאליים. ניתן להעריך את יכולת נוגדי החמצון ישירות באמצעות שיטות שונות, כולל פעילות ניקוי רדיקלים חופשיים 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), ובעקיפין, באמצעות כימות התוכן הפוליפנולי הכולל (TPC)13.
למרות שמדווח שלמרכיב יש פעילות ביולוגית בולטת, הערכת ציטוטוקסיות שלו היא הכרחית בהערכת חומרים טבעיים וסינתטיים שישמשו במגע עם תאים או רקמות חיים. ישנן מספר שיטות למדידת ציטוטוקסיות, כל אחת עם יתרונות ומגבלות. בסך הכל, הם מציעים מגוון אפשרויות להעריך את ההשפעות המזיקות של חומרים רבים על תאים, ובו בזמן, לחקור את המנגנונים של נזק לתאים ומוות14.
בעבודה זו, אנו משתמשים 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, שיטה קולורימטרית שהוצגה על ידי Mosmann (1983)15. שיטה זו מודדת את הפחתת מלחי הטטרזוליום לתוצר פורמזן סגול על ידי תאים פעילים מטבולית. ככל שכמות גבישי הפורמזן גבוהה יותר, כך גדל מספר התאים בני הקיימא, ובכך ניתן מדד עקיף לציטוטוקסיות14. מכיוון שבעבודה זו, תמציות מים ואתנול של G. gracilis מיועדות להשתלב בפורמולציות דרמו-קוסמטיות, הערכת ציטוטוקסיות במבחנה מבוצעת בקו תאי קרטינוציטים (HaCaT).
לגבי יישום המזון, אצות ים בדרך כלל דלות קלוריות ועשירות מבחינה תזונתית בסיבים תזונתיים, יסודות חיוניים וחומצות אמינו, פוליסכרידים, חומצות שומן רב בלתי רוויות, פוליפנולים וויטמינים 2,16. G. gracilis אינו יוצא מן הכלל, בעל ערך תזונתי מעניין. Freitas et al. (2021)4 מצאו כי G. gracilis מתורבת היה בעל רמות גבוהות יותר של חלבון וויטמין C ושמר על רמת השומנים הכוללת בהשוואה לאצות בר. הדבר עשוי להוות יתרון כלכלי וסביבתי, שכן מבחינה תזונתית הייצור עדיף על ניצול משאבי הבר. בנוסף, הצרכנים מודאגים יותר ויותר מסוג המזון שהם אוכלים, ולכן חשוב להכניס מרכיבים חדשים להעשרת המזון ולהשתמש במשאבים חדשים כדי להשיג תמציות שיכולות להוסיף ערך למוצר ולטעון ל"תווית נקייה". חוץ מזה, השוק הנוכחי הוא תחרותי מאוד, הדורש פיתוח של מוצרים חדשים ואסטרטגיות חדשניות כדי להבדיל יצרנים מן המתחרים שלהם17.
העשרת מוצרים בעלי ערך תזונתי ירוד, כגון פסטה, במשאבים ימיים, כולל אצות, היא אסטרטגיה להחדרת משאב זה כמזון חדש וכאסטרטגיית בידול שוק באמצעות מוצר בעל ערך תזונתי מובהק. מצד שני, G. gracilis הוא מקור של פיגמנטים אדומים טבעיים כגון phycobiliproteins18, בעל פוטנציאל גבוה ליישומים בתעשיית המזון. אצה זו הראתה עניין רב במספר תחומים, וניתן ליישם אותה באמצעות אצות שלמות, תמציות ו / או הביומסה שנותרה. בעבודה זו, אנו מדגימים כמה דוגמאות של יישומים כאלה.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absolute Ethanol</td>
			<td>Aga, Portugal</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Chloride</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>12125-02-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amphotericin B</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1397-89-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical scale balance</td>
			<td>Sartorius, TE124S</td>
			<td>22105307</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacillus subtilis subsp. spizizenii</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>DSM 347</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin</td>
			<td>Panreac AppliChem</td>
			<td>58-85-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, 5810R</td>
			<td>5811JH490481</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>56-75-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Chamber</td>
			<td>Memmert</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cool White Fluorescent Lamps</td>
			<td>OSRAM Lumilux Skywhite</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Densitometer McFarland</td>
			<td>Grant Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM medium</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5796</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-68-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPPH</td>
			<td>Sigma, Steinheim, Germany</td>
			<td>1898-66-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Escherichia coli (DSM 5922)</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>DSM5922</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 96%</td>
			<td>AGA-Portugal</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylenediaminetetraacetic Acid Disodium Salt Dihydrate (Na2EDTA)</td>
			<td>J.T.Baker</td>
			<td>6381-92-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F7524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Paper (Whatman No.1)</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>WHA1001320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flasks</td>
			<td>VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folin-Ciocalteu</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>31360.264</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gallic Acid&#160;</td>
			<td>Merck</td>
			<td>149-91-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Germanium (IV) Oxide, 99.999%</td>
			<td>AlfaAesar</td>
			<td>1310-53-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HaCaT cells &#8211; 300493</td>
			<td>CLS-Cell Lines Services, Germany&#160;</td>
			<td>300493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot Plate Magnetic Stirrer</td>
			<td>IKA, C-MAG HS7</td>
			<td>06.090564</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron Sulfate</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>10124-49-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar flow hood</td>
			<td>TelStar, Portugal</td>
			<td>526013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB Medium&#160;</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>J106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Listonella anguillarum</td>
			<td>German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)</td>
			<td>&#160;DSM 21597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manganese Chloride</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>7773.01.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipettes&#160;</td>
			<td>Eppendorf, Portugal</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates</td>
			<td>VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>10861-666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>738-0168</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplates (sterile)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>10022403</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>&#160;Epoch Microplate Spectrophotometer, BioTek, Vermont, USA</td>
			<td>1611151E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTT</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>289-93-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Muller-Hinton Broth (MHB)</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>90004-658</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Binder, FD115</td>
			<td>12-04490</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Binder, BD115</td>
			<td>04-62615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1406-05-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter Inolab</td>
			<td>&#160;VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>15212099</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pippete tips</td>
			<td>Eppendorf, Portugal</td>
			<td>5412307</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyrex Bottles Media Storage</td>
			<td>&#160;VWR International, Alcabideche, Portugal&#160;</td>
			<td>16157-169</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary Evaporator</td>
			<td>Heidolph, Laborota 4000</td>
			<td>80409287</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotavapor</td>
			<td>IKA HB10, VWR International, Alcabideche, Portugal</td>
			<td>07.524254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Carbonate (Na2CO3)</td>
			<td>Chem-Lab</td>
			<td>497-19-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride (NaCl)&#160;</td>
			<td>Normax Chem</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate Dibasic</td>
			<td>Riedel-de Ha&#235;n</td>
			<td>7558-79-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpectraMagic NX</td>
			<td>Konica Minolta, Japan</td>
			<td></td>
			<td>color data analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>Evolution 201, Thermo Scientific, Madison, WI, USA</td>
			<td>5A4T092004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57-92-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thiamine</td>
			<td>Panreac AppliChem</td>
			<td>59-43-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T4049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic Soy Agar (TSA)</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>ICNA091010617</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptic Soy Broth (TSB)&#160;</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>22091</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water&#160;</td>
			<td>Advantage A10 Milli-Q lab, Merck, Darmstadt, Germany</td>
			<td>F5HA17360B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Buchi, Switzerland</td>
			<td>FIS05-402-103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin B12</td>
			<td>Merck</td>
			<td>68-19-9</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

valorization of the red seaweed gracilaria gracilis through a biorefinery approach

העניין באצות ים כחומר גלם שופע להשגת מרכיבים ביו-אקטיביים יקרי ערך ורב-תכליתיים גדל ללא הרף. בעבודה זו, אנו חוקרים את הפוטנציאל של Gracilaria gracilis, אצה אדומה אכילה, המעובדת ברחבי העולם בשל העניין המסחרי שלה כמקור לאגר ומרכיבים אחרים ליישומים קוסמטיים, פרמקולוגיים, מזון והזנה.
תנאי הגידול של G. gracilis עברו אופטימיזציה באמצעות ריבוי וגטטיבי ונבגים תוך מניפולציה של התנאים הפיזיקוכימיים כדי להשיג מלאי ביומסה גדול. מתודולוגיות מיצוי ירוקות עם אתנול ומים בוצעו על גבי ביומסה של אצות. הפוטנציאל הביו-אקטיבי של תמציות הוערך באמצעות סדרה של בדיקות במבחנה בנוגע לציטוטוקסיות, נוגדות חמצון ותכונות אנטי-בקטריאליות שלהן. נוסף על כך, ביומסה של אצות מיובשות שולבה בפורמולות פסטה כדי להעלות את הערך התזונתי של המזון. פיגמנטים שהופקו מ- G. gracilis שולבו גם ביוגורט כצבע טבעי, ויציבותם הוערכה. שני המוצרים הוגשו להערכה של פאנל חושי מאומן למחצה שמטרתו להשיג את הנוסחה הסופית הטובה ביותר לפני ההגעה לשוק.
התוצאות תומכות ברבגוניות של G. gracilis בין אם הוא מיושם כביומסה שלמה, תמציות ו / או פיגמנטים. באמצעות יישום מספר פרוטוקולים מותאמים, עבודה זו מאפשרת פיתוח מוצרים בעלי פוטנציאל להרוויח בשוקי המזון, הקוסמטיקה והחקלאות הימית, קידום קיימות סביבתית וכלכלה מעגלית כחולה.
יתר על כן, ובהתאם לגישת הזיקוק הביולוגי, הביומסה השיורית של האצות תשמש כביוסטימולנט לגידול צמחים או תומר לחומרי פחמן שישמשו לטיהור מים של מערכות החקלאות הימית של MARE-Polytechnic מלייריה, פורטוגל.

&#160;Seaweeds can be regarded as an interesting natural raw material to be profited by the pharmaceutical, food, feed, and environmental sectors. They biosynthesize a panoply of molecules, many not found in terrestrial organisms, with relevant biological properties1,2. However, seaweed-optimized cultivation protocols need to be implemented to ensure a large biomass stock.
Cultivation methods must always consider the nature of the seaweed thalli and overall morphology. Gracilaria gracilis is a clonal taxon, meaning the attachment organ produces multiple vegetative axes. Propagation by fragmentation (vegetative reproduction) is thus achieved, as each of these axes is fully able to adopt an independent life from the main thallus3. Clonal taxa can be successfully integrated with simple and fast one-step cultivation methodologies, as large amounts of biomass are obtained by splitting the thallus into small fragments that quickly regenerate and grow into new, genetically identical individuals. Both haplontic and diplontic thalli may be used in this process. Although the genus exhibits a complex haplo-diplontic isomorphic triphasic life cycle, sporulation is rarely necessary except when genetic renewal of the stocks is required to achieve improved crops. In this case, both tetraspores (haplontic spores formed by meiosis) and carpospores (diplontic spores formed by mitosis) give rise to macroscopic thalli that can then be grown and propagated by vegetative reproduction4. Growth cycles are dictated by environmental conditions and the physiological state of the individuals, among other biological factors such as the emergence of epiphytes and the adhesion of other organisms. Therefore, optimizing growing conditions is crucial to ensure high productivity and produce good quality biomass5.
The extraction of bioactive compounds from seaweed, including G. gracilis, can be achieved through various methods6,7. The choice of the extraction method depends on the specific compounds of interest, the target application, and the characteristics of the seaweed. In this study, we focused on solvent extraction, which involves using green solvents, such as water or ethanol, to dissolve and extract bioactive compounds from the seaweed biomass. The extraction can be carried out through maceration in a versatile and effective way and can be used for a wide range of compounds. It is a simple and widely used method involving soaking biomass in a solvent for an extended period, typically at room or slightly elevated temperatures. The solvent is stirred to enhance the extraction process. After the desired extraction time, the solvent is separated from the solid material by filtration or centrifugation.
Water is a commonly used solvent in food applications due to its safety, availability, and compatibility with a wide range of food products. Water extraction is suitable for polar compounds such as polysaccharides, peptides, and certain phenolics. However, it may not effectively extract non-polar compounds. Ethanol is also a widely used solvent in food applications and can be effective for extracting a variety of bioactive molecules, including phenolic compounds, flavonoids, and certain pigments. Ethanol is generally recognized as safe for use in food and can be easily evaporated, leaving behind the extracted compounds. It is worth noting that the choice of extraction method should consider factors such as efficiency, selectivity, cost-effectiveness, and environmental impact. The optimization of extraction parameters, such as solvent concentration, extraction time, temperature, and pressure, is crucial to achieving optimal yields of bioactive compounds from G. gracilis or other seaweeds.
Seaweeds have been found to exhibit antimicrobial activity against a wide range of microorganisms, including bacteria, fungi, and viruses8. This activity is attributed to bioactive components, including phenolics, polysaccharides, peptides, and fatty acids. Several studies have demonstrated their efficacy against pathogens such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella sp., and Pseudomonas aeruginosa, among others9. The antimicrobial activity of seaweeds is attributed to the presence of bioactive compounds that can interfere with microbial cell walls, membranes, enzymes, and signaling pathways10. These compounds may disrupt microbial growth, inhibit biofilm formation, and modulate immune responses.
Red seaweeds, also known as rhodophytes, are a group of algae that can exhibit antimicrobial activity against a variety of microorganisms. Within this group, G. gracilis contains various bioactive compounds that may contribute to its reported antimicrobial activity. While the specific molecules can vary, the common classes that have been reported in G. gracilis and may possess antimicrobial properties are polysaccharides, phenolics, terpenoids, and pigments11. However, it is important to note that the presence and amounts of these components can vary depending on factors such as the location of seaweed collection, seasonality, physiological condition of the thalli, and environmental conditions. Therefore, the specific class and concentration of antimicrobial compounds in G. gracilis may vary accordingly.
G. gracilis has also been found to hold antioxidant properties, containing various phenolic compounds, which have been shown to scavenge free radicals and reduce oxidative stress12. Antioxidants help to protect cells from damage caused by reactive oxygen species and have potential health benefits. Antioxidant capacity can be evaluated directly through different methods, including the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity and, indirectly, through the quantification of total polyphenolic content (TPC)13.
Even though an ingredient is reported to have a prominent bioactivity, its cytotoxicity assessment is indispensable in evaluating natural and synthetic substances to be used in contact with living cells or tissues. There are several methods for measuring cytotoxicity, each one with advantages and limitations. Overall, they offer a range of options to evaluate the harmful effects of many substances on cells and, at the same time, to investigate the mechanisms of cell damage and death14.
In this work, we use the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, a colorimetric method introduced by Mosmann (1983)15. This method measures the reduction of tetrazolium salts to a purple formazan product by metabolically active cells. The higher the amount of formazan crystals, the higher the number of viable cells, thus providing an indirect measure of cytotoxicity14. Since in this work, G. gracilis water and ethanol extracts are intended to be incorporated into dermo-cosmetic formulations, the in vitro cytotoxicity evaluation is performed in a keratinocyte (HaCaT) cell line.
Concerning the food application, seaweeds are generally low in calories and nutritionally rich in dietary fibers, essential elements and amino acids, polysaccharides, polyunsaturated fatty acids, polyphenols, and vitamins2,16. G. gracilis is no exception, having an interesting nutritional value. Freitas et al. (2021)4 found that cultivated G. gracilis had higher levels of protein and vitamin C and maintained the level of total lipids compared to wild seaweed. This may represent an economic and environmental advantage, as nutritionally speaking, production is preferable to the exploitation of wild resources. In addition, consumers are increasingly concerned about the type of food they eat, so it is important to introduce new ingredients for food enrichment and use new resources to obtain extracts that can add value to a product and claim a &#34;clean label.&#34; Besides, the current market is very competitive, requiring the development of new products and innovative strategies to differentiate manufacturers from their competitors17.
The enrichment of products with poor nutritional value, such as pasta, with marine resources, including seaweed, is a strategy to introduce this resource as a new food and a market differentiation strategy through a product with distinct nutritional value. On the other hand, G. gracilis is a source of natural red pigments such as phycobiliproteins18, having high potential for applications in the food industry. This seaweed has shown high interest in several areas, and its application can be made using the whole seaweed, extracts and/or the remaining biomass. In this work, we demonstrate some examples of such applications.

מחבר זרקור: חקר התרכובות הביו-אקטיביות של אצות לחידושים בני-קיימא בתעשיות 

הערכה של אצה אדומה Gracilaria gracilis באמצעות גישה של זיקוק ביולוגי

Our research is focused on the prospection of new bioactive compounds from seaweed that can be useful in different sectors such as food, cosmetic, and pharmaceutical industries. There is a growing awareness in society about the potential of marine organisms to deliver bioactive compounds. These compounds can be used to produce sustainable and safer functional cosmetics to improve the quality of food products and serve as source of new chemical structures for the development of new pharmaceutical drugs.One of the challenges of using seaweed in the development of new food products is to avoid using high amounts that could lead to unpleasant sensory properties in food. Using seaweed extracts is a way to get around this problem. With this protocol, we were able to develop pasta, wheat, add nutritional value by incorporating whole algae.Usually, the addition of these ingredients provides less common sensory properties. However, with the developed formulation, a consumer acceptance was still achieved.

פעילות מיקרוביאלית
כאשר מפרשים את התוצאות המתקבלות, יש לזכור כי ככל שאחוז העיכוב גבוה יותר, כך גדלה יעילות התמצית בעיכוב הצמיחה של אותו זן ספציפי, וכתוצאה מכך, כך התמצית מעניינת יותר כאנטי מיקרוביאלית. באמצעות מתודולוגיה זו, אנו ...

Watch this Scientific Journal Video about Exploring Seaweed's Bioactive Compounds for Sustainable Innovations in Industries at JoVE.com

במאמר זה אנו מתארים מספר פרוטוקולים המכוונים להערכה משולבת של Gracilaria gracilis: קציר מיני בר, גידול פנימי ומיצוי של מרכיבים ביו-אקטיביים. ההשפעות נוגדות החמצון, האנטי-מיקרוביאליות והציטוטוקסיות של התמציות נבדקות, יחד עם הערכה תזונתית ויציבותית של מזון מועשר בביומסה ופיגמנטים של אצות שלמות.

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we ...

המחקר שלנו מתמקד בחיפוש אחר תרכובות ביו-אקטיביות חדשות מאצות ים שיכולות להיות שימושיות במגזרים שונים כגון תעשיות מזון, קוסמטיקה ותרופות. יש מודעות גוברת בחברה לגבי הפוטנציאל של אורגניזמים ימיים לספק תרכובות ביו-אקטיביות. תרכובות אלה יכולות לשמש לייצור קוסמטיקה פונקציונלית בת קיימא ובטוחה יותר לשיפור איכות מוצרי המזון ולשמש מקור למבנים כימיים חדשים לפיתוח תרופות פרמצבטיות חדשות.אחד האתגרים בשימוש באצות ים בפיתוח מוצרי מזון חדשים הוא להימנע משימוש בכמויות גבוהות שעלולות להוביל לתכונות חושיות לא נעימות במזון. שימוש בתמציות אצות ים הוא דרך לעקוף בעיה זו. בעזרת פרוטוקול זה הצלחנו לפתח פסטה, חיטה, להוסיף ערך תזונתי על ידי שילוב אצות שלמות.בדרך כלל, תוספת של מרכיבים אלה מספקת תכונות חושיות פחות נפוצות. עם זאת, עם ניסוח מפותח, עדיין הושגה קבלה צרכנית.

valorization-red-seaweed-gracilaria-gracilis-through-biorefinery

Research

JoVE Journal

Biology

Valorization of the Red Seaweed Gracilaria gracilis Through a Biorefinery Approach

1.4K Views.  Polytechnic University of Leiria. Our research is focused on the prospection of new bioactive compounds from seaweed that can be useful in different sectors such as food, cosmetic, and pharmaceutical industries. There is a growing awareness in society about the potential of marine organisms to deliver bioactive compounds. These compounds can be used to produce sustainable and safer functional cosmetics to improve the quality of food products and serve as source of new chemical structures for the development of new pharmaceuti...