Απομόνωση και φαρμακολογική αξιολόγηση βιοδραστικών μεταβολιτών από θαλάσσια ροδοφύκη: μελέτη ειδών από τα γένη Laurencia, Asparagopsis και Falkenbergia

Abstract

The study of marine organisms as a source of bioactive secondary metabolites is a modern extension of natural products chemistry. The main target of this field is the discovery (isolation and structure elucidation) of new chemical compounds that are biosynthesized by marine organisms, the evaluation of their potential biological properties and their exploitation in scientific and industrial applications. The realization of the above is usually assisted by the study and elucidation of the ecological roles of the secondary metabolites in the ecosystem of the organism. The subject of the present PhD thesis is within the interests of marine natural products scientific area, aiming at the isolation of new bioactive natural products, the study of the geographic and seasonal variation and the evaluation of their pharmacological activities. Knowing the impressive number and the structural variety of the secondary metabolites produced by the genus Laurencia, we have decided to study in depth a number of the species that belong in the “complex” Laurencia and can be found along the Greek coasts, as well as the red alga Asparagopsis armata and its tetrasporiophytic Falkenbergia rufolanosa phase collected in Monte Negro and Salamis island respectively. The organic extracts obtained from the initial treatment of the organisms we processed with chromatographic techniques, mainly High Pressure Liquid chromatography, and yielded a number of metabolites that were characterized on the basis of their spectral data. The red alga Laurencia microcladia collected in Chios island yielded in total 41 metabolites, 11 of which were found to be new natural products, whereas the others with the exception of one compound are found for the first time as constituents of L. microcladia. The new natural products belong in the chemical class of brasilane sesquiterpenes (metabolite 5), bisabolane sesquiterpenes (metabolite 7), non halogenated aromatic sesquiterpenes (metabolites 10 and 11) and halogenated aromatic sesquiterpenes (metabolites 17, 21, 23, 28 - 31). Specimens of L. microcladia collected in Koufonisia and Elafonissos islands resulted in the isolation of one metabolite from each extract that are reported for the first time as constituents of the investigated organism. From specimens of the red alga L. majuscula collected at Ithaki island three metabolites were isolated and characterized. These metabolites are found for the first time as constituents of the investigated organism. From specimens of L. obtusa collected in Chalkidiki through chromatographic separations of the extract one metabolite was isolated. The organic extract of quantities of the red alga L. glandulifera collected in Crete yielded 19 metabolites 13 of which were found to be new natural products, whereas 5 of the rest are reported for the first time as constituents of L. glandulifera. The new natural products are acyclic polyunsaturated metabolites containing a terminal cis ene-yne group (metabolites 47), C15 acetogenin eight membered cyclic ethers with a characteristic terminal cis ene-yne group (metabolites 52 - 55), C15 acetogenin tetrahydrofuran ethers with a characteristic terminal cis ene-yne group (metabolites 56 - 60) and 2 brominated diterpenes (metabolites 61 and 62). ..............................................................................................................................................................................................................

Η μελέτη των θαλάσσιων οργανισμών σαν πηγή βιοδραστικών δευτερογενών μεταβολιτών αποτελεί μία σύγχρονη προέκταση της χημείας φυσικών προϊόντων. Οι κύριοι στόχοι του ερευνητικού αυτού κλάδου είναι η ανακάλυψη (απομόνωση και δομικός χαρακτηρισμός) νέων χημικών ενώσεων που προέρχονται από θαλάσσιους οργανισμούς, η αξιολόγηση των πιθανών βιολογικών ιδιοτήτων τους και η αξιοποίηση τους σε σύγχρονους χώρους εφαρμογής. Η πραγματοποίηση των παραπάνω, συνήθως υποβοηθείται και συνοδεύεται από τη μελέτη και αποσαφήνιση του οικολογικού ρόλου των μεταβολιτών. Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής εντάσσεται στην επιστημονική περιοχή των θαλάσσιων φυσικών προϊόντων με στόχο την απομόνωση νέων φυσικών προϊόντων, την μελέτη της γεωγραφικής και εποχιακής τους διακύμανσης και την αξιολόγηση της φαρμακολογικής τους δράσης. Γνωρίζοντας τον εντυπωσιακό αριθμό των δευτερογενών μεταβολιτών και την ποικιλία των χημικών δομών που παράγουν τα είδη του γένους Laurencia αποφασίσαμε να μελετήσουμε διάφορα είδη που ανήκουν στο “σύμπλεγμα Laurencia” και βρίσκονται σε διάφορες θαλάσσιες περιοχές του Ελλαδικού χώρου, καθώς και το ροδοφύκος Asparagopsis armata και το τετρασποριόφυτό του Falkenbergia rufolanosa που συλλέχθηκαν στο Μαυροβούνιο και στη Σαλαμίνα, αντίστοιχα. Τα οργανικά εκχυλίσματα που προέκυψαν από την κατεργασία των οργανισμών, επεξεργάστηκαν με τεχνικές υγρής χρωματογραφίας, κυρίως υψηλής πίεσης, και απέδωσαν έναν αριθμό ουσιών, οι οποίες ταυτοποιήθηκαν δομικά μετά από φασματοσκοπική ανάλυση. Από το ροδοφύκος L. microcladia που συλλέχθηκε στη Χίο απομονώθηκαν συνολικά σαράντα ένας δευτερογενείς μεταβολίτες, εκ των οποίων οι έντεκα αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα ενώ οι υπόλοιποι τριάντα εκτός από έναν αναφέρονται για πρώτη φορά ως συστατικά του ροδοφύκους L. microcladia. Τα νέα φυσικά προϊόντα είναι σεσκιτερπένια με σκελετό μπρασιλενίου (μεταβολίτης 5), σκελετό μπισαμπολένιου (μεταβολίτης 7), αρωματικά σεσκιτερπένια μη αλογονωμένα (μεταβολίτες 10 και 11) και αρωματικά αλογονωμένα σεσκιτερπένια (μεταβολίτες 17, 21, 23, 28 - 31). Από το ροδοφύκος L. microcladia που συλλέχθηκε στα Κουφονήσια και στην Ελαφόνησο απομονώθηκε ένας δευτερογενής μεταβολίτης από τον κάθε οργανισμό ο οποίος αναφέρεται πρώτη φορά ως συστατικό του φύκους L. microcladia. Από το ροδοφύκος L. majuscula που συλλέχθηκε στην Ιθάκη απομονώθηκαν τρεις δευτερογενείς μεταβολίτες, οι οποίοι αναφέρονται πρώτη φορά ως συστατικά του συγκεκριμένου οργανισμού. Από το ροδοφύκος L. obtusa που συλλέχθηκε στη Χαλκιδική, απομονώθηκε ένας δευτερογενής μεταβολίτης. Από το ροδοφύκος L. glandulifera που συλλέχθηκε στην Κρήτη, απομονώθηκαν δεκαεννέα δευτερογενείς μεταβολίτες, εκ των οποίων οι δεκατρεις αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα, ενώ οι υπόλοιποι έξι, εκτός από έναν, αναφέρονται για πρώτη φορά ως συστατικά του ροδοφύκους L. glandulifera. Τα νέα φυσικά προϊόντα είναι άκυκλοι πολυακόρεστοι μεταβολίτες με τελική cis ene-yne oμάδα (μεταβολίτης 47), C15 ακετυλενικοί κυκλικοί αιθέρες με οκταμελή δακτύλιο και χαρακτηριστική cis ene-yne πλευρική αλυσίδα (μεταβολίτες 52 - 55), C15 ακετυλενικοί κυκλικοί αιθέρες με τετραϋδροφουρανικό δακτύλιο και χαρακτηριστική cis ene-yne πλευρική αλυσίδα (μεταβολίτες 56 - 60) και δύο βρωμιωμένα διτερπένια (μεταβολίτες 61 και 62). ...............................................................................................