利用UHPLC-QqTOF-MS/MS技术和分子网络分析，对发酵与未发酵的Ulva属和Durvillaea属物种进行代谢组学分析及其生物活性评估

《Algal Research》：Metabolomic profiling and bioactivity evaluation of fermented and non-fermented Ulva spp. and Durvillaea spp. using UHPLC-QqTOF-MS/MS and molecular networking

　　

• •
  非靶向代谢组学研究揭示了Ulva和Durvillaea在发酵过程中的变化。
• •
  发酵在Ulva和Durvillaea中产生了419种和232种差异代谢物。
• •
  发酵后，物种间的差异代谢物从471种减少到192种。
• •
  发酵增加了游离氨基酸和脂质衍生物代谢物的含量。
• •
  Durvillaea提取物能够选择性降低黑色素瘤细胞的活力。

引言

海藻历来被纳入人类饮食中，近几十年来其全球消费量持续增长[1]。海藻被广泛认为是具有功能性且有益健康的食品，是宏量和微量营养素的丰富来源，包括脂质、结构多样的碳水化合物、维生素、矿物质以及多种具有明确营养价值和健康益处的生物活性化合物[2]。此外，海藻养殖被视为一种高度可持续的农业替代方案。特别是褐藻，作为一种光合生物，其生长速度非常快，据报道每天可生长高达60厘米，从而实现每年多次收获[3]。除了作为营养资源外，海藻还对海洋生态系统结构和碳封存过程具有重要意义，因此在减缓气候变化方面发挥着重要作用[4]。海藻占海洋生物量的很大比例，其高度的生物化学和结构复杂性不仅支撑了其丰富的营养价值，还赋予了其抵抗酶消化的能力[5]。尽管海藻本身富含营养素和生物活性化合物，但这些成分的生物可利用性和功能表达常常受到复杂细胞壁的限制[6]。因此，通过靶向生物加工策略（如发酵）可以显著增强其成分的生物利用性和功能特性，从而提高海藻的消费者接受度和营养价值[8],[9]。通过发酵，细胞壁被降解，营养成分得以释放并增强生物活性[10]。

可以使用褐藻、红藻和绿藻进行发酵，这些藻类所含的可发酵多糖类型不同。褐藻因其高量的藻酸盐而最常被使用，同时还含有褐藻多糖和甘露醇[11],[12],[13]；而红藻和绿藻则主要含有琼脂糖/卡拉胶和岩藻多糖[14],[15],[16]。尽管智利拥有广阔且生产力高的海岸线，但基于海藻的食品消费量仍然有限。根据渔业和水产养殖部（SUBPESCA）的数据，海藻在每人每年约15公斤的海鲜消费量中仅占0.19公斤，其中Durvillaea incurvata（“cochayuyo”）是少数几种常被纳入当地饮食的藻类之一[17]。Durvillaea属藻类是一种结构坚韧的褐藻，富含复杂的多糖和生物活性成分，通过先进的加工策略具有很高的技术价值[18]。与此同时，Ulva属（绿藻）生长迅速，蛋白质含量高，营养价值高，是食品和生物技术应用的理想候选材料。虽然智利传统上不食用Ulva，但在亚洲沿海地区，它常以干制形式使用，显示出作为可食用和功能性生物质的潜力[19]。此外，智利中部沿海地区频繁发生的Ulva藻华产生了大量未被充分利用的生物质，这些生物质可以通过 strategical 方向转化为有价值的产品，而不仅仅是作为环境负担[20]。

从技术角度来看，微生物发酵已成为克服海藻生物质内在化学复杂性和有限生物可利用性的有效生物加工策略[21]。发酵诱导的生物转化可以显著重塑代谢物组成，扩展化学多样性，并生成具有营养和功能价值的生物活性化合物[22]。然而，对于可食用海藻发酵引起的代谢重塑的全面理解仍有限。在这项研究中，我们应用了基于UHPLC-QqTOF-MS/MS的非靶向代谢组学结合分子网络分析和途径富集分析方法，系统地比较了发酵和未发酵的Ulva和Durvillaea提取物。发酵样品是通过使用丝状真菌进行的受控水下发酵过程获得的，海藻生物质作为唯一的碳源。非靶向代谢组学分析还结合了对粗提取物进行的抗氧化和体外生物活性测定，以评估与发酵相关的功能特性，从而为海藻向生物活性和功能性成分的合理转化提供了全面的框架。

章节摘录

化学试剂

HPLC级乙醇、甲醇、乙腈和甲酸购自Los Alquimistas Co., Ltd.（智利圣地亚哥）。DMSO购自Merck S.A.（智利圣地亚哥）。用于分析的超纯I型水来自Milli-Q水净化系统（Millipore，美国马萨诸塞州）。所有其他化学品均为分析级。

海藻来源与制备

褐藻（Durvillaea属）和绿藻（Ulva属）生物质由Herbamar?（智利）提供。干燥后的海藻生物质被粉碎至粒径小于250微米

代谢谱分析

通过UHPLC-QqTOF-MS/MS进行非靶向代谢组学分析，研究了发酵对Ulva和Durvillaea海藻提取物化学成分的影响。该方法获得了包含1257个特征的正离子化模式下的代谢物谱图，涵盖了极性和非极性代谢物。检测到的未发酵Ulva、未发酵Durvillaea、发酵Ulva和发酵Durvillaea中的代谢物及特征列表及其特性

讨论

本研究全面比较了发酵和未发酵的Ulva和Durvillaea在代谢谱和生物活性方面的差异。代谢谱分析表明，真菌发酵是代谢组重组的主要驱动力，很大程度上掩盖了Ulva和Durvillaea之间的固有差异。多变量模型进一步突出了真菌发酵过程引起的代谢变化，支持了其在其中的关键作用

结论

本研究通过丝状真菌发酵显著改变了Ulva和Durvillaea的代谢特性，减少了物种间的代谢差异，并促进了功能性相关代谢物（尤其是游离氨基酸和脂质衍生物）的积累。这些组成变化得到了包括非靶向代谢组学、分子网络分析和途径富集分析在内的多种分析方法的支持，证明了其方法的可靠性

作者贡献声明

Catalina Landeta-Salgado：撰写 – 审阅与编辑，原始草案撰写，项目监督，方法学设计，研究实施，资金获取，数据分析，概念化。 Lhaís Araújo-Caldas：撰写 – 审阅与编辑，原始草案撰写，数据分析。 Javiera Munizaga：原始草案撰写，研究实施，数据分析。 María Paz González-Troncoso：原始草案撰写，研究实施。 Patricia Sartorelli：撰写 – 审阅与编辑

在准备本研究过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）进行语言编辑、提高文章清晰度和可读性，并帮助检查手稿、文本引用和参考文献列表的一致性。作者根据需要对输出进行了审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Catalina Landeta报告获得了智利大学的财务支持。Catalina Landeta与Mycoseaweed公司存在关系，包括股权或股票。她持有Mycoseaweed公司的专利#PCT/IB2025/050971（WO 2025/163513 A1），待批准。除此之外，没有其他需要披露的关系或活动。

相关新闻