Valorisation of halophyte plants present in Portuguese territory through the investigation of their protective effects against food toxicants

Abstract

As halófitas são plantas capazes de tolerar salinidade, em parte devido à elevada acumulação de compostos bioativos. Consequentemente, estas plantas têm apresentado propriedades biológicas extraordinárias, como antioxidante, mas muitas outras podem ainda não ter sido reveladas. O estudo de atividades biológicas de extratos de halófitas contra químicos tóxicos aos quais humanos são expostos na dieta, tal como tóxicos neoformados que contaminam alimentos e causam reações adversas (e.g., stresse oxidativo e danos no DNA) no trato gastrointestinal que podem contribuir para a carcinogénese, pode promover o desenvolvimento de aplicações industriais. Para aplicações alimentares, o impacto da digestão na composição química e bioatividades do extrato pode restringir a sua eficácia. Os objetivos deste trabalho são valorizar halófitas de Portugal através do aumento da consciencialização do seu potencial como fontes de compostos bioativos com alto valor medicinal e económico, encontrar extratos com atividades biológicas com potencial para mitigar a toxicidade induzida por contaminantes e, por fim, identificar um extrato cujas propriedades protetoras persistem após a digestão para potencial aplicação como ingrediente funcional alimentar. Este trabalho mostrou que extratos das halófitas Polygonum maritimum L. (PME) and Carpobrotus edulis (L.) N.E. Br (CEE) do Sul de Portugal revelaram composição rica em polifenóis e uma forte capacidade antioxidante que pode mediar, em parte, a antigenotoxicidade contra dano oxidativo induzido por H2O2 encontrada em linhas celulares humanas de fígado e colon. Adicionalmente, PME e CEE diminuíram a mutagenicidade e genotoxicidade induzidas pelo contaminante neoformado benzo[a]pireno (BaP) em bactéria e linhas humanas de fígado e colon, respetivamente. Digestão simulada in vitro de PME afetou a sua composição química e as suas propriedades protetoras, mas estas permaneceram relevantes ao longo do trato gastrointestinal, pelo menos até alcançar o colon. Efeitos protetores de PME contra toxicidade induzida por BaP também foram encontrados num ensaio de alimentação com Danio rerio. Estes resultados sugerem que as propriedades protetoras de PME persistem após a digestão, tornando-o um candidato promissor para aplicação como ingrediente funcional alimentar para combater a toxicidade induzida por contaminantes no trato gastrointestinal e melhorar a saúde humana. Em geral, este trabalho destaca o potencial de PME e CEE, ou dos seus compostos isolados, para serem aplicados em indústrias como a alimentar, nutracêutica e cosmética.

Halophytes are plants able to tolerate salinity, in part due to the accumulation of a high content of bioactive compounds. Consequently, these plants have been described to display outstanding biological properties, like antioxidant, but many others may still be undisclosed. The study of biological activities of extracts of halophytes against toxic chemicals to which humans are exposed in the diet, such as neoformed toxicants that contaminate foods and cause adverse reactions (e.g., oxidative stress and DNA damage) in the gastrointestinal tract that can contribute to carcinogenesis, may lead to the development of industrial applications. For food applications, the impact of digestion on the chemical composition and bioactivities of the extract may constrain its efficacy. The aims of this work are to valorise halophytes from Portugal by raising awareness of their potential as sources of bioactive compounds with high medicinal and economic value, to find extracts exhibiting biological activities that have potential to mitigate contaminants-related toxicity and, ultimately, identify an extract whose protective properties persist after digestion for application as functional food ingredient. This work showed that the extracts of the halophytes Polygonum maritimum L. (PME) and Carpobrotus edulis (L.) N.E. Br (CEE) from Southern Portugal revealed polyphenol-rich contents and strong antioxidant capacity that may mediate, in part, the newly discovered antigenotoxicity against H2O2-induced oxidative damage in human cell lines of liver and colon. In addition, PME and CEE decreased the mutagenicity and genotoxicity induced by the neoformed contaminant benzo[a]pyrene (BaP) in bacteria and human cell lines of liver and colon, respectively. In vitro simulated digestion of PME affected its chemical composition and protective properties, but these remained relevant along the gastrointestinal tract, at least until it reaches the colon. Protective effects of PME against BaP-induced toxicity were also found in a feeding experiment with Danio rerio. These results suggest that the protective properties of PME persist after digestion, making it a promising candidate for application as functional food ingredient to counteract contaminants-related toxicity in the gastrointestinal tract and improve human health. Overall, this work highlights the potential of PME and CEE, or their isolated compounds, for application in industries such as food, nutraceutical, and cosmetic.