Characterization and metabolomics profiling of Kappaphycus alvarezii seaweed extract

Resumo

O extrato de Kappaphycus alvarezii (alga vermelha) (KAE) tem um importante papel bioestimulante para aumentar a produtividade das culturas e melhorar a nutrição e saúde animal. No entanto, existe pouco conhecimento sobre a gama de compostos nele presentes e suas bioatividades específicas. Neste estudo, o KAE foi rastreado quanto à presença de metabólitos e caracterizado por sua associação com bioatividades conhecidas. Os resultados revelaram que compostos fitoquímicos como fenóis (TPC = 1108,67 ± 98,51 mg GA 100 g^-1), flavonóides (TFC = 15,26 ± 0,95 mg QE 100 g^-1), esteróides, quinonas também estavam presentes além dos metabólitos primários como carboidratos (5,70 ± 0,13 g 100 g⁻¹), proteínas (3,4 ± 0,94 g 100 g⁻¹), lipídios (2,13 ± 0,06 g 100 g⁻¹), carotenóides (0,64 ± 0,05 mg g⁻¹), ácido ascórbico ( 2,09 ± 0,3 mg g^-1) e atividade antioxidante (DPPH = 345,96 ± 30,56 μg TE g^-1) no extrato em pó de Kappaphycus alvarezii. Entre os 69 compostos observados no extrato metanólico de KAE (através de Q-TOF-HRMS), 34 compostos foram anotados e posteriormente analisados utilizando estudos de fragmentação de massa (MS/MS). Neste contexto, descobriu-se que cinetina, sulfabenzamida, 1-fosfatidil-1D-mioinositol, dodecanamida e vários outros são compostos proeminentes com bioatividades conhecidas, como papel na promoção do crescimento de plantas, sinalização hormonal, fotoproteção, conferindo resistência a doenças, antioxidante, propriedades antimicrobianas e anti-herbívoras. Muitos compostos anotados também são farmaceuticamente importantes, indicando assim o vasto escopo que as algas marinhas podem ter em diversas indústrias. Na maioria dos estudos, compostos primários como hormônios de crescimento vegetal, minerais, proteínas, polissacarídeos e compostos de amônio quaternário foram relatados apenas no KAE, no entanto, o presente estudo relata uma série de outros metabólitos com atividades biológicas significativas.

Abstract

Kappaphycus alvarezii (Red seaweed) extract (KAE) has an important bio-stimulatory role for enhancing crop productivity and improving animal nutrition and health. However, little knowledge exists on the gamut of compounds present in it and their specific bioactivities. In this study, KAE was screened for the presence of metabolites and was characterized for its association with known bioactivities. The results revealed that phytochemical compounds such as phenols (TPC = 1108.67 ± 98.51 mg GA 100 g⁻¹), flavonoids (TFC = 15.26 ± 0.95 mg QE 100 g⁻¹), steroids, quinones were also present apart from the primary metabolites like carbohydrates (5.70 ± 0.13 g 100 g⁻¹), proteins (3.4 ± 0.94 g 100 g⁻¹), lipids (2.13 ± 0.06 g 100 g⁻¹), Carotenoids (0.64 ± 0.05 mg g⁻¹), Ascorbic acid (2.09 ± 0.3 mg g⁻¹) and antioxidant activity (DPPH = 345.96 ± 30.56 μg TE g⁻¹) in the Kappaphycus alvarezii extract powder. Among the 69 compounds observed in the methanolic extract of KAE (through Q-TOF-HRMS), 34 compounds were annotated and further analyzed using mass fragmentation studies (MS/MS). In this context, kinetin, sulfabenzamide, 1-phosphatidyl-1D-myoinositol, dodecanamide and several others were found to be prominent compounds having known bioactivities such as role in plant growth promotion, hormonal signaling, photo-protection, imparting disease resistance, antioxidant, anti-microbial, and anti-herbivory properties. Many compounds annotated are also pharmaceutically important, thus indicating the vast scope seaweeds might have in varied industries. In most of the studies, primary compounds such as plant growth hormones, minerals, proteins, polysaccharides and quaternary ammonium compounds were only reported from the KAE, however the present study reports a range of other metabolites having significant biological activities.