بهینه‌سازی تولید و بررسی ویژگی‌های آنتی‌اکسیدانی و سمیت سلولی رنگدانۀ کاروتنوئیدی cellulosimicrobium az

مقدمه: ریزموجودات اکسترموفیل مقاوم به اشعه می‌توانند میزان زیادی کاروتنوئید تولید کنند؛ باوجوداین، بهینه‌سازی تولید متابولیت‌های آنها برای اهداف تجاری با مقیاس وسیع ضروری است. هدف مطالعۀ حاضر، بررسی تولید رنگدانه‌های کاروتنوئیدی یک سویۀ اکسترموفیل است که ازنظر فیلوژنتیکی به جنس سلولزی میکروبیوم نزدیک است و تاکنون گزارشی دربارۀ آن ارائه نشده است. مواد و روش‏‏ها: اثر منابع کربنی و نیتروژنی مختلف بر زیست‌تودۀ میکروبی و تولید رنگدانۀ سویۀ مطالعه‌شده با استفاده از رهیافت یکفاکتوردریک زمان بررسی شد. فعالیت آنتی‌اکسیدانی رنگدانه با استفاده از آزمون‌های به‌دام‌اندازی رادیکال‌های آزاد و قدرت احیاکنندگی یون‌های آهن فریک بررسی شد؛ به علاوه، خاصیت ضدمیکروبی و سمیت سلولی عصارۀ رنگدانه به‌ترتیب به روش‌های انتشار در آگار و سنجش فعالیت متابولیکی سلولی مطالعه شدند.نتایج: بیشترین رنگیزۀ کاروتنوئیدی تولیدی سویۀ مطالعه‌شده در محیط‌کشت تخمیری حاوی 1 گرم‌برلیتر عصارۀ مخمر و 1 گرم‌برلیتر گلوکز (5/22 میلی‌گرم‌برلیتر) به دست آمد که 7/10 برابر شرایط غیربهینه (1/2 میلی‌گرم‌برلیتر) بود. نصف بیشترین غلظت موثر (ec50) رنگدانه به‌ترتیب در آزمون‌های به‌دام‌اندازی رادیکال‌های آزاد و قدرت احیاکنندگی یون‌های آهن فریک برابر با 97/10 میلی‌گرم‌برمیلی‌لیتر و 02/6 میکروگرم‌برمیلی‌لیتر شد؛ همچنین رنگدانۀ این سویه هیچ‌گونه فعالیت سمی و مهارکنندگی نسبت به ردۀ سلولی فیبروبلاست انسانی نشان نداد. بحث و نتیجه‏گیری: در مقایسه با مطالعه‌های گذشته، عصارۀ کاروتنوئیدی سویۀ az فعالیت آنتی‌اکسیدانی درخور توجهی از خود نشان داد؛ بنابراین، مطالعۀ حاضر پایه‌ای برای استفاده‌های بعدی از سویۀ سلولزی میکروبیوم az به‌عنوان ریزموجود نویدبخش برای تولید تجاری کاروتنوئیدها در صنایع غذایی یا ضدآفتاب (به‌علت فعالیت آنتی‌اکسیدانی و غیرسیتوتوکسیک رنگدانۀ کاروتنوئیدی آن) است.

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

Introduction: The radiationresistant extremophile microorganisms can produce high amounts of carotenoids. However, the optimization of their metabolite production is critical for largescale 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.Materials and methods: The influence of various carbon and nitrogen sources on the microbial biomass and pigment production of the studied strain were investigated using onefactoratatimeapproach. 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 welldiffusion 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 halfmaximal 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 noncytotoxic activity of its carotenoid pigment.