Coelho, Marta Isabel CorreiaGomes, Ana Maria PereiraPintado, Maria Manuela EstevezRocha, Maria Helena de Almeida Ribeiro2023-11-092024-11-012023-10-102023-09http://hdl.handle.net/10400.14/43056Noncommunicable diseases (NCDs) are responsible for 41 million deaths annually and can be linked to unhealthy dietary habits, prompting various nutrition and health organizations to advocate for regular fruit and vegetable consumption. Carotenoids and their metabolites are associated with positive health benefits and are the most prevalent lipid-soluble phytochemicals in the human diet, found in small amounts in human blood, and susceptible to oxidation and isomerization reactions. In nature, carotenoids have reduced bioavailability, leading to their accumulation in the colon, which is colonized by a diverse population of microorganisms playing crucial roles in digestion, and maintaining intestinal health. The bioavailability of these compounds can be influenced by various factors, highlighting the significance of the intestinal microbiota in their absorption and metabolism. The diet plays a fundamental role in the regulation of the microbiota, which can affect the effectiveness of carotenoids' action. However, the specific interaction between carotenoids and intestinal microbiota is not well-documented yet and lacks clear evidence. To better understand the possible interaction between carotenoids and the intestinal microbiota, three carotenoids (beta()-carotene, lutein, and lycopene), a mixture of these pigments, and the algae Osmundea pinnatifida (as a source of carotenoids) were subjected to an in vitro simulation of the gastrointestinal digestion. After the characterization of the impact of this process on each tested condition, the digested carotenoids were evaluated on fresh human faecal samples from volunteer donors via fermentation to assess the effect on the intestinal microbiota's metabolic and population dynamics. The digestion of the carotenoids in the tested conditions, in a general way, originated different types of carotenoids along the gastrointestinal tract (GIT), being -carotene the only condition in which was identified the absorption of a carotene (2.49%). No carotenoids were detected in O. pinnatifida, which suggests that in a complex matrix like algae, carotenoids may be compromised in their bioaccessibility without prior lysis treatment of the algae. The intestinal microbiota composition was analysed, being demonstrated that the Bacteroidota, Bacillota, Pseudomonadota, and Actinomycetota are the main phyla present and that carotenoids stimulated the increase of the relative abundance (RA) of Lachnospiraceae family and the decrease of Lactobacillus, Enterococcus, Streptococcus and Bifidobacterium genera which was consistent with the previous studies. In general, the production of short-chain fatty acids (SCFAs) was also stimulated in the presence of carotenoids, which once again corroborates results obtained in previous studies and supports the positive role of these pigments in intestinal health. In terms of functional properties, the tested carotenoid solutions presented considerable antioxidant and antidiabetic activities, being the highest values obtained for lutein in the fraction absorbed and for the mixture of carotenoids in the fraction retained in the intestine. Finally, it was demonstrated the antimutagenic effect of these carotenoid samples regardless of the concentration and also the absence of cytotoxicity even when applied at the highest concentrations.As doenças crónicas não transmissíveis (DNTs) são responsáveis por 41 milhões de mortes anualmente e podem estar associadas a hábitos alimentares não saudáveis, razão pela qual levou a que várias organizações de nutrição e saúde recomendassem o consumo regular de frutas e vegetais. Os carotenoides e os seus metabolitos estão associados a benefícios para a saúde e são os fitoquímicos lipossolúveis mais prevalentes na dieta humana, encontrados em quantidades da ordem do micromolar no sangue e suscetíveis a múltiplas reações de oxidação e isomerização. Na natureza, os carotenoides têm uma biodisponibilidade reduzida, o que leva à sua acumulação no colon, que é colonizado por diversos microrganismos importantes para a digestão e saúde intestinal. A biodisponibilidade destes compostos é influenciada por vários fatores, com destaque para a importância da microbiota intestinal na sua absorção e metabolismo. A dieta desempenha um papel fundamental na regulação da microbiota, podendo afetar a eficácia de ação dos carotenoides. No entanto, a interação específica entre carotenoides e microbiota intestinal ainda não está bem documentada e carece de evidências claras. Para entender melhor a possível interação entre os carotenoides e a microbiota intestinal, três carotenoides (beta ()-caroteno, luteína e licopeno), uma mistura desses pigmentos e a alga Osmundea pinnatifida (como fonte de carotenoides) foram submetidos a uma simulação in vitro da digestão gastrointestinal. Após a caracterização do impacto desse processo em cada grupo testado, os carotenoides digeridos foram avaliados em amostras frescas de fezes humanas de dadores voluntários por fermentação para aferir o efeito destes sobre a dinâmica metabólica e populacional da microbiota intestinal. A digestão dos grupos testados originou diferentes tipos de carotenoides ao longo do trato gastrointestinal (TGI), sendo o -caroteno a única condição em que foi identificada a absorção de um caroteno (2,49%). Nenhum carotenoide foi detetado na O. pinnatifida, o que sugere que numa matriz complexa como algas, os carotenoides podem estar comprometidos na sua bioacessibilidade sem pré tratamento de lise da alga. A composição da microbiota intestinal foi analisada, e foi demonstrado que Bacteroidota, Bacillota, Pseudomonadota e Actinomycetota são os principais filos presentes, e que os carotenoides estimularam o aumento da abundância relativa (AR) da família Lachnospiraceae e a diminuição da AR das bactérias pertencentes aos géneros Lactobacillus, Enterococcus, Streptococcus e Bifidobacterium, o que é consistente com estudos anteriores. Em geral, também a produção de ácidos gordos de cadeia curta (AGCC) foi estimulada na presença dos carotenoides, o que mais uma vez corrobora resultados obtidos em estudos anteriores e apoia o papel positivo destes pigmentos na saúde intestinal. Em termos de propriedades funcionais, as soluções testadas apresentaram atividades antioxidante e antidiabética consideráveis, sendo os valores mais altos obtidos para a luteína na fração absorvida e para a mistura de carotenoides na fração retida no intestino. Por fim, foi demonstrado que as amostras de carotenoides apresentaram efeitos anti-mutagénicos, independentemente da concentração, mas não apresentaram citotoxicidade mesmo quando aplicadas nas concentrações mais altas.engNatural pigmentsGastrointestinal tractMetabolitesIntestinal microbiotaHealthPigmentos naturaisTrato gastrointestinalMetabolitosMicrobiota intestinalSaúdemaster thesis203372921