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.
