Investigation of marine organisms and microorganisms for the discovery of novel bioactive natural products
Authors: Βλάχου Πηνελόπη 
Published: January 2025

Οι ωκεανοί του κόσμου φιλοξενούν μια τεράστια ποικιλομορφία ζωής, προσφέροντας σε μεγάλο βαθμό μια αναξιοποίητη δεξαμενή βιοδραστικών ενώσεων που έχουν πιθανές εφαρμογές στην ιατρική, τα καλλυντικά και τη βιοτεχνολογία. Η εξερεύνηση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων για την ανακάλυψη νέων βιομορίων παρουσιάζει ευκαιρίες αλλά και προκλήσεις, απαιτώντας καινοτόμες προσεγγίσεις για να ξεπεραστούν τα υπάρχοντα εμπόδια. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά διάφορες στρατηγικές για την ανακάλυψη και τη βιώσιμη εκμετάλλευση των θαλάσσιων ενώσεων, παρουσιάζοντας ευρήματα από διαφορετικές προσεγγίσεις. Το Κεφάλαιο 1 περιγράφει το έργο TASCMAR, μια πρωτοβουλία στο πλαίσιο του “Horizon 2020” που χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ με στόχο να ξεκλειδώσει τις δυνατότητες των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Πάνω από 260 θαλάσσια ασπόνδυλα συλλέχθηκαν από την ευφωτική και ανεξερεύνητη μεσοφωτική ζώνη του Ινδικού Ωκεανού, της Ερυθράς Θάλασσας και της Μεσογείου Θάλασσας, μαζί με περισσότερους από 300 μικροοργανισμούς που απομονώθηκαν από αυτά τα ασπόνδυλα. Βελτιστοποιημένα πρωτόκολλα εκχύλισης χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία δύο εκτεταμένων βιβλιοθηκών: την MACLIB, που περιλαμβάνει 189 εκχυλίσματα ασπόνδυλων, και την MICLIB, που περιέχει 1208 εκχυλίσματα συμβιωτικών μικροοργανισμών. Ο έλεγχος βιολογικής δράσης ανέδειξε πολλά υποσχόμενες αντιγηραντικές ιδιότητες και για τις δύο βιβλιοθήκες. Σε ενζυμικές βιολογικές δοκιμές, το 5,29% των εκχυλισμάτων MACLIB έδειξαν αναστολή της ελαστάση, το 5,29% κατέστειλαν την τυροσινάση και το 3,17% ανέστειλαν τη δραστηριότητα πρωτεασώματος. Τα αντίστοιχα αποτελέσματα για τη βιβλιοθήκη MICLIB ήταν 2,07% για την αναστολή της ελαστάσης, 7,37% για την αναστολή της τυροσινάσης και 0,41% για την αναστολή του πρωτεασώματος. Οι βιολογικές δοκιμές που ακολούθησαν σε κυτταρικές σειρές στους επιλεγμένους στόχους ταυτοποίησαν έξι εκχυλίσματα με δράση κατά της ελαστάσης, δύο με δράση κατά της τυροσινάσης και έξι ως ισχυρούς αναστολείς πρωτεασώματος. Το Κεφάλαιο 2 εστιάζει στον χαρακτηρισμό του μεταβολικού προφίλ του εκχυλίσματος XML-192 από τη βιβλιοθήκη MACLIB, μέσω UHPLC-HRMS/MS. Το εκχύλισμα προήλθε από το μεσογειακό σπόγγο Crambe crambe, έναν πρότυπο οργανισμό που είναι ευρέως γνωστός για τις υψηλές συγκεντρώσεις του σε μεταβολίτες με σημαντική φαρμακολογική δράση. Εφαρμόστηκε μια ολοκληρωμένη προσέγγιση αποσυνέλιξης, και σχολιάστηκαν 53 ενώσεις, που ανήκουν στις οικογένειες crambescin και crambescidin. Αξιοσημείωτο είναι ότι, μεταξύ αυτών, 22 ανάλογα crambescin αναφέρθηκαν για πρώτη φορά. Στο Κεφάλαιο 3 αντιμετωπίζεται η πρόκληση της φιλικής προς το περιβάλλον εκμετάλλευσης των θαλάσσιων βιοπόρων παρουσιάζοντας μια νέα τεχνολογία που συνδυάζει την εξωτερική κυκλοφορία του νερού με την εκχύλιση στερεής φάσης. Η μέθοδος αυτή επαληθεύτηκε σε περιβάλλον ενυδρείου και εφαρμόστηκε με επιτυχία εντοπίζοντας την παραγωγή αλκαλοειδών γουανιδίνης από έναν σπόγγο Crambe crambe υπό την παρουσία της θαλάσσιας ανεμώνης Anemonia sulcata. Αυτή η απόδειξη της ορθότητας της ιδέας οδήγησε παράλληλα και στην απομόνωση, μεταξύ άλλων, τριών νέων αλκαλοειδών γουανιδίνης: ένα καρβοξυλιωμένο ανάλογο της crambescidin 359 που ονομάζεται crambescidin 401 και δύο ανάλογα της crambescin B, crambescin B 281 και crambescin B 253. Τέλος, στο Κεφάλαιο 4 διερευνώνται οι βιοδραστικές ενώσεις από δύο θαλάσσιους μικροοργανισμούς, τους Cladosporium halotolerans και Streptomyces lopnurensis. Κατά τη γρήγορη βιολογική αξιολόγηση που παρουσιάστηκε στο Κεφάλαιο 1, τα εκχυλίσματα αυτών των μικροοργανισμών κατέδειξαν αξιοσημείωτη δράση έναντι της ελαστάσης και της τυροσινάσης, αντίστοιχα. Μέσω μαζικής καλλιέργειας και εκχύλισης στερεάς φάσης in situ, απομονώθηκαν δεκαοκτώ ενώσεις, κυρίως δικετοπιπεραζίνες και χολικά οξέα. Όλες οι ενώσεις δοκιμάστηκαν για την ενζυμική ανασταλτική τους δράση σε κυτταρικές σειρές, εστιάζοντας στις αντιγηραντικές και τις αντικαρκινικές ιδιότητες. Αρκετές ενώσεις επέδειξαν σημαντική βιοδραστικότητα, με τρεις δικετοπιπεραζίνες και ένα χολικό οξύ να εμφανίζουν ρυθμιστική δράση σε πολλαπλούς στόχους. Επιπλέον, μια δικετοπιπεραζίνη και το αμινοξύ τρυπτοφάνη αναδείχθηκαν ως ενεργοποιητές πρωτεασώματος, ενώ τρεις δικετοπιπεραζίνες και δύο χολικά οξέα βρέθηκε ότι καταστέλλουν το πρωτεάσωμα.