Opin vísindi

Exploring marine sponges and their associated microorganisms as a source of natural compounds

Exploring marine sponges and their associated microorganisms as a source of natural compounds


Titill: Exploring marine sponges and their associated microorganisms as a source of natural compounds
Aðrir titlar: Leit að sjávarnáttúruefnum úr svömpum og samlífsörverum þeirra
Höfundur: Costa, Margarida   orcid.org/0000-0001-9147-8621
Leiðbeinandi: Margrét Þorsteinsdóttir
Útgáfa: 2018-12
Tungumál: Enska
Háskóli/Stofnun: Háskóli Íslands
University of Iceland
Svið: Heilbrigðisvísindasvið (HÍ)
School of Health Sciences (UI)
Deild: Lyfjafræðideild (HÍ)
Faculty of Pharmaceutical Sciences (UI)
ISBN: 978-9935-9445-1-1
Efnisorð: Marine natural products; Marine sponges; Actinomycetes; Secondary metabolites; Bioactivity; Sjávarnáttúruefni; Svampdýr; Gerlar; Efnasambönd; Lífvirkni; Hafið; Lyfjafræði; Doktorsritgerðir
URI: https://hdl.handle.net/20.500.11815/950

Skoða fulla færslu

Útdráttur:

 
The ocean represents a tremendous source of biologically active metabolites with great potential for the development of new pharmaceuticals. Marine sponges and their microbial associates are known as the most prolific source of structurally diverse and unique secondary metabolites. The present work aimed to explore the potential of different sponge and sponge-associated microorganisms as a source of natural compounds with possible pharmacological applications. Five sponge individuals collected in the Icelandic waters, three in the Indo-Pacific Ocean and two sponge-associated actinomycete strains were used for that purpose. Cytotoxic, anti-bacterial and anti-obesity activities were tested. Organic extracts were prepared from the five sponges collected in Iceland. The apolar extracts were found to be rich in fatty acids. The UPLC-QTOF-MS method used for dereplication of the present natural compounds was successfully optimized in order to increase efficiency when analyzing polar extracts. Seven known nucleosides and a nucleobase were dereplicated. The compounds were isolated and their structure confirmed by 1H-NMR. The Icelandic sponge's study was, however, discontinued due to the absence of promising extracts. Three sponge specimens collected in the Indo-Pacific Ocean were studied: Acanthostrongylophora sp., Acanthodendrilla sp. and Acanthostrongylophora ingens. Acanthostrongylophora sp. methanolic extract resulted in the isolation of haploscleridamine and a new nitrogenated analog. Acanthodendrilla sp. was found to be the producer of two spongian diterpenes with novel structures. This discovery withdrew Acanthodendrilla of being the only Dendroceratida genus that had not been reported as a producer of this class of compounds. Acanthostrongylophora ingens revealed to be the producer of five new bisabolane related compounds, the previously reported 6-(1,5-dimethyl-1,4-hexadienyl)-3-methylbenzene-1,4-diol and 1-(2,4-dihydroxy-5-methylphenyl)ethan-1-one. The bioactivity studies showed that 6-(1,5-dimethyl-1,4-hexadienyl)-3-methylbenzene-1,4-diol have moderate cytotoxic activity against the tested cancer cell lines. Bisabolane-related compounds also demonstrated to have anti-obesity potential based on the zebrafish Red Nile assay. The actinomycete strain DIL-12-02-135 mycelial cake was found to contain two group C fluvirucinins. Those compounds were obtained through mass spectrometry-guided isolation and represent the first isolation of this class of compounds from marine sources. Another mass spectrometry-guided isolation carried out in the actinomycete strain CP9-13-01-036 yielded two known compounds: mangrolide A and a naphthoquinone. Naphtoquinone was shown to have both strong cytotoxic activity against the tested cell lines and anti-bacterial activity against Staphylococcus aureus. The studied marine sponges and actinomycete strains resulted in several known and new compounds with valuable bioactivities. Marine sponges demonstrated, once again, to be a tremendous source of bioactive natural compounds.
 
Hafið hefur að geyma mikinn líffræðilegan fjölbreytileika er gríðarleg uppspretta lífvirkra efnasambanda með mikla möguleika á þróun nýrra lyfjasprota. Sjávarsvampar og samlífsörverur þeirra framleiða fjölbreytileg og einstök annarstigs efnasambönd. Markmið þessa verkefnis var að rannsaka efnainnihald og lífvirkni náttúruefna úr mismunandi sjávarasvömpum og samlífsörverum þeirra. Í því skyni var fimm svömpum safnað í hafinu í kringum Ísland, þremur svömpum úr Indó-Kyrrahafinu og tvær tegundir geislagerla (e.actinomycetes) safnað af svömpum, þeir ræktaðir upp og einangraðir. Hemjandi áhrif náttúruefnanna voru könnuð á krabbameinsfrumur, bakteríudrepandi áhrif í rækt og offituvirkni í sebrafiskalíkani. Lífrænir úrdrættir úr fimm íslenskum sjávarsvömpum voru rannsakaðir. Óskautuðu úrdrættirnir innhéldu mikið af fituefnum. Efnagreiningaraðferð með háhraðavökvagreini tengdum massagreini (UPLC-QTOF-MS) var hámörkuð til að skima fyrir og fjarlægja (dereplication) þekkt náttúruefni til að auka skilvirkni við greiningu á skautuðum úrdráttum. Sjö þekktir núkleósíðar og núkleóbasar voru greindir í útdrættinum (e. dereplication) þegar leitað var eftir nýjum efnasamböndum. Þekktu efnasamböndin voru einangruð og efnabygging þeirra staðfest með 1H-kjarnsegulgreiningu (NMR). Frekari rannsóknum á lífvirknileiddri einangrun og efnainnihaldi íslenskra sjávarsvampa var hins vegar hætt vegna þess að úrdrættirnir sem unnið var með sýndu enga lífvirkni í þeim prófunum sem framkvæmd voru. Þrjár svamptegundir: Acanthostrongylophora sp., Acanthodendrilla sp. og Acanthostrongylophora ingens sem safnað var í Indó-Kyrrahafinu voru rannsakaðar. Nýtt haploscleridamín efni og köfnunarefnishliðstæðuefnasamband voru einangruð úr metanólúrdrætti Acanthostrongylophora. Tvö ný díterpen efnasambönd voru einangruð úr svampinum Acanthodendrilla og leiddi þessi uppgvötum í ljós að Acanthodendrilla var eina Dendroceratida ættkvíslin þar sem þessi efnasambönd höfðu ekki áður fundist. Fimm ný efnasambönd úr bisabólanefnaflokknum voru einangruð og skilgreind úr svampnum Acanthostrongylophora ingens, ásamt eftirfarandi þekktum efnasamböndunum. Niðurstöður úr lífvirknimælingum sýndu að efnasambandið, 6-(1,5-dímetýl-1,4-hexadíenýl)-3-metýlbenzen-1,4-díól hafði frumuhemjandi áhrif krabbameinsfrumur í rækt. Auk þess höfðu þessi bisabólan efnasambönd hamlandi áhrif í offituvirknilíkani í sebrafiskum. Efnasambönd með tveimur flúorvirinín C hópum voru auðkennd í úrdráttum frá samlífsörverum svampa af geislagerlastofninum (e. Actinomycete) (DIL12-02-135). Þessi efnasambönd voru auðkennd með massagreiningu og er þetta í fyrsta sinn sem þessi efnasambönd eru einagruð úr sjávarlífverum. Jafnframt voru tvö þekkt efni, mangrolide A og naphthoquinone, einangruð með aðstoð massagreiningaraðferðar úr öðrum geislagerlastofni (CP9-13-01- 036). Niðurstöður sýndu að naphthoquinone hefur bæði krabbameinsfrumuhemjandi áhrif og sýklahemjandi áhrifa gegn Staphylococcus aureus. Niðurstöður verkefnisins sýna að svampar og samlífsörverur þeirra eru rík uppspretta áhugaverðra og fjölbreyttra náttúruefna með mismunandi lífvirkni og því mikilvægt að halda áfram leitinni að nýjum og spennandi efnum úr lífverum í hafinu.
 

Leyfi:

Thesis for a doctoral degree at the University of Iceland. All right reserved. No part of this publication may be reproduced in any form without the prior permission of the copyright holder.

Skrár

Þetta verk birtist í eftirfarandi safni/söfnum:


Fletta

Um vefinn

Reikningurinn minn