Qualidade espectral na produção de Physalis angulata em plant factories: uma abordagem biotecnológica para o estudo da atividade antimicrobiana e tóxica de extratos e suas formulações emulsionadas

Abstract

A crescente resistência microbiana tem impulsionado a busca por alternativas terapêuticas, e o cultivo indoor com LEDs surge como ferramenta capaz de modular a fisiologia vegetal e direcionar a produção de metabólitos bioativos. Nesse contexto, este estudo investigou a influência de qualidades espectrais de luz sobre o desempenho fisiológico de Physalis angulata, caracterizou seus extratos e avaliou atividades antioxidante, antimicrobiana, perfil de irritação e toxicidade, além de desenvolver emulsão como estratégia de aplicação. Plantas foram cultivadas sob LEDs azul, vermelho, branco e combinação RBW (azul, vermelho e branco), além de controle em luz natural, sendo avaliadas aos 30 e 90 dias quanto a parâmetros fotossintéticos, fluorescência da clorofila e perfil cromatográfico por HPLC-DAD. Extratos clorofórmicos de partes aéreas e raízes foram submetidos a ensaios antioxidantes (DPPH), antimicrobianos (CIM e CBM/CFM) e modelos alternativos de biocompatibilidade (HET-CAM) e toxicidade (Galleria mellonella), e os mais ativos incorporados em emulsão para avaliação antimicrobiana (difusão em ágar) e comportamento reológico. A qualidade espectral modulou a fisiologia, com maior eficiência fotossintética sob luz azul e menor sob luz vermelha. Os extratos das partes aéreas apresentaram maior rendimento e diversidade química aos 90 dias, com picos de metabólitos lipofílicos. A atividade antioxidante foi mais expressiva em extratos da planta sob luz natural aos 90 dias (CE₅₀ = 120,54 µg/mL). No perfil antimicrobiano, destacaram-se os extratos obtidos de plantas cultivadas sob luz vermelha e coletadas aos 90 dias, com atividade frente a Staphylococcus aureus (CIM =0,62 mg/mL), enquanto o extrato de plantas cultivadas sob luz azul, coletadas aos 30 dias, apresentou CIM de 1,25 mg/mL contra Candida glabrata (Nakaseomyces glabrata), e efeito fungicida contra Microsporum canis (CFM = 2,5 mg/mL). No ensaio de difusão em ágar, a emulsão contendo extrato sob luz vermelha apresentou halo de inibição de crescimento de 27 mm frente a Trichophyton rubrum (10 mg/mL), superior ao extrato isolado. As emulsões apresentaram comportamento viscoelástico estruturado, e os extratos não apresentaram irritação nem toxicidade sistêmica. Conclui-se que o controle espectral da luz no cultivo indoor constitui estratégia eficaz para modular a fisiologia, o metabolismo secundário e o desempenho tecnológico de P. angulata, ampliando seu potencial biotecnológico.

The increasing microbial resistance has driven the search for alternative therapeutic strategies, and indoor cultivation using LEDs has emerged as a tool capable of modulating plant physiology and directing the production of bioactive metabolites. In this context, this study investigated the influence of spectral light qualities on the physiological performance of Physalis angulata, characterized its extracts, and evaluated antioxidant and antimicrobial activities, as well as irritation and toxicity profiles, in addition to developing an emulsion as an application strategy. Plants were cultivated under blue, red, and white LEDs, and their combination (RBW: red, blue, and white), along with a natural light control, and evaluated at 30 and 90 days for photosynthetic parameters, chlorophyll fluorescence, and chromatographic profile by HPLC-DAD. Chloroform extracts from aerial parts and roots were subjected to antioxidant (DPPH) and antimicrobial (MIC and MBC/MFC) assays, as well as alternative models for biocompatibility (HET-CAM) and toxicity (Galleria mellonella). The most active extracts were incorporated into emulsions for antimicrobial evaluation (agar diffusion) and rheological behavior. Spectral quality modulated plant physiology, with higher photosynthetic efficiency under blue light and lower under red light. Extracts from aerial parts showed higher yield and chemical diversity at 90 days, with peaks corresponding to lipophilic metabolites. Antioxidant activity was more pronounced in extracts from plants grown under natural light at 90 days (EC₅₀ = 120.54 µg/mL). In the antimicrobial profile, extracts obtained from plants cultivated under red light and collected at 90 days showed activity against Staphylococcus aureus (MIC = 0.62 mg/mL). Extracts from plants grown under blue light and collected at 30 days exhibited MIC of 1.25 mg/mL against Candida glabrata (Nakaseomyces glabrata), as well as fungicidal activity against Microsporum canis (MFC = 2.5 mg/mL). In the agar diffusion assay, the emulsion containing extract from plants grown under red light showed a growth inhibition halo of 27 mm against Trichophyton rubrum (10 mg/mL), higher than the isolated extract. Emulsions exhibited structured viscoelastic behavior, and the extracts showed no irritation or systemic toxicity. These findings demonstrate that spectral light control in indoor cultivation is an effective strategy to modulate physiology, secondary metabolism, and the technological performance of P. angulata, enhancing its biotechnological potential.