Biodegradation of Punicalagin into ellagic acid by selected probiotic bacteria: A study of the underlying mechanisms by MS-Based proteomics

Abstract

Pomegranate (Punica granatum L.) is a well-known source of bioactive phenolic compounds such as ellagitannins, anthocyanins, and flavanols. Punicalagin, one of the main constituents of pomegranate, needs to be biodegraded by bacteria to yield metabolites of medicinal interest. In this work, we tested 30 lactic acid bacteria (LAB) and their capacity to transform punicalagin from a punicalagin-rich pomegranate extract into smaller bioactive molecules, namely, ellagic acid and urolithins. These were identified and quantified by high-performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry (HPLC-ESI-MS2). Further, we evaluated the molecular mechanism governing this transformation through label-free comparative MS-based proteomics. All tested LAB strains were capable of transforming punicalagin into ellagic acid, while the biosynthesis of urolithins was not observed. Proteomic analysis revealed an increase of generic transglycosylases that might have a hydrolytic role in the target phenolic molecule, coupled with an increase in the quantity of ATP-binding cassette (ABC) transporters, which might play a relevant role in transporting the resulting byproducts in and out of the cell.

La granada (Punica granatum L.) es una fuente bien conocida de compuestos fenólicos bioactivos como elagitaninos, antocianinas y flavanoles. La punicalagina, uno de los principales constituyentes de la granada, necesita ser biodegradada por bacterias para producir metabolitos de interés medicinal. En este trabajo, probamos 30 bacterias del ácido láctico (BAL) y su capacidad para transformar la punicalagina de un extracto de granada rico en punicalagina en moléculas bioactivas más pequeñas, a saber, ácido elágico y urolitinas. Estos fueron identificados y cuantificados por cromatografía líquida de alto rendimiento-espectrometría de masas en tándem de ionización por electropulverización (HPLC-ESI-MS2). Además, evaluamos el mecanismo molecular que gobierna esta transformación a través de proteómica basada en MS comparativa sin etiquetas. Todas las cepas de LAB probadas fueron capaces de transformar la punicalagina en ácido elágico, mientras que no se observó la biosíntesis de urolitinas. El análisis proteómico reveló un aumento de transglicosilasas genéricas que podrían tener un papel hidrolítico en la molécula fenólica diana, junto con un aumento en la cantidad de transportadores de cassette de unión a ATP (ABC), que podrían desempeñar un papel relevante en el transporte de los subproductos resultantes en y fuera de la celda.