Απομόνωση και μελέτη βιοδραστικών μεταβολιτών από το θαλάσσιο ροδοφύκος sphaerococcus coronopifolius

Abstract

Marine Natural Products Chemistry is a recent extension of Natural Products Chemistry. The main targets of this research sector are the discovery (isolation and structural elucidation) of new chemical compounds, which come from marine organisms, the determination of their possible biological activities, and their exploitation in modern application areas. The above usually go with and are supported by the study and verification of the ecological roles of the compounds. This Ph.D. thesis, in the scientific area of marine natural products, describes the isolation, structural elucidation, biological investigation and pharmacological evaluation of secondary metabolites from the red alga Sphaerococcus coronopifolius that was chosen according to certain criteria such as, the interesting chemical load, the fouling free surfaces of the organism, the abundant population, and the collection accessibility. The organic extracts of the above organism, after a tedious separation series with chromatographic techniques, mainly HPLC, provided 37 secondary metabolites, which were structurally elucidated based on their spectroscopic data. Among these metabolites, 22 are new natural products. All new products are diterpenes, and 6 of them have a bromosphaerol type skeleton (metabolites 5, 6, 9, 10, 12, 14, and 15), 4 have a bromotetrasphaerol type skeleton (metabolites 17-20), 3 have a bromocorodienol type skeleton (metabolites 24-26), 2 have a presphaerol type skeleton (metabolites 31 and 32), 2 have a neodolabellane type skeleton (metabolites 33, and 34), 1 has a neodolastane type skeleton (metabolite 35), and 1 has a norsphaerol type skeleton (metabolites 36). The tetracyclic diterpenes 22 and 23 are novel compounds with new carbon skeletons. Currently, there have been conducted pharmacological assays on 13 metabolites for the evaluation of their cytotoxic activity against the A-549 and NSCLC-N6-L16 cancer cell lines. The assays showed that metabolites 2, 3, 5, 8, 9, 11, 16, and 21 exhibited considerable cytotoxic activity. Furthermore, the antifouling assay against the barnacle Balanus amphitrite has been conducted on 7 isolated metabolites, five of which (metabolites 1, 2, 4, 16, and 21) gave remarkable results.

Η μελέτη των Θαλάσσιων οργανισμών αποτελεί μία σύγχρονη προέκταση της Χημείας Φυσικών Προϊόντων. Οι κύριοι στόχοι του ερευνητικού αυτού κλάδου είναι η ανακάλυψη (απομόνωση και δομική ταυτοποίηση) νέων χημικών ενώσεων που προέρχονται από θαλάσσιους οργανισμούς, ο εντοπισμός πιθανών βιολογικών δράσεων τους και η ένταξή τους σε σύγχρονους χώρους εφαρμογής. Η πραγματοποίηση των παραπάνω συνοδεύεται συνήθως και υποβοηθείται από τη μελέτη και αποσαφήνιση του οικολογικού ρόλου των ενώσεων. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής, κινούμενο στην προαναφερθείσα επιστημονική περιοχή των Θαλάσσιων Φυσικών Προϊόντων, περιλαμβάνει την απομόνωση, χημική μελέτη, βιοδραστικό έλεγχο και φαρμακολογική αξιοποίηση δευτερογενών μεταβολιτών από το ροδοφύκος Sphaerococcus coronopifolius, που επιλέχθηκε με βάση ορισμένα κριτήρια, όπως πλούσιο χημικό φορτίο, απουσία φαινομένων βιοεπίστρωσης στην επιφάνεια του οργανισμού, μεγάλοι πληθυσμοί, δυνατότητα και συνθήκες συλλογής. Τα οργανικά εκχυλίσματα που προέκυψαν από την κατεργασία του οργανισμού, επεξεργάστηκαν με τεχνικές υγρής χρωματογραφίας, κυρίως υψηλής πίεσης, και απέδωσαν 37 διαφορετικούς δευτερογενείς μεταβολίτες, οι οποίοι ταυτοποιήθηκαν δομικά μετά από φασματοσκοπική ανάλυση. Από τους μεταβολίτες αυτούς 22 αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα. Από τα νέα φυσικά προϊόντα 6 είναι διτερπένια με σκελετό βρωμοσφαιρόλης (μεταβολίτες 5, 6, 9, 10, 12, 14 και 15), 4 έχουν σκελετό βρωμοτετρασφαιρόλης (μεταβολίτες 17-20), 3 έχουν σκελετό βρωμοκοροδιενόλης (μεταβολίτες 24-26), 2 έχουν σκελετό προσφαιρόλης (μεταβολίτες 31, 32), 2 έχουν σκελετό νεοδολαμπελλανίου (μεταβολίτες 33, 34), 1 έχει σκελετό νεοδολαστανίου (μεταβολίτης 35) και 1 έχει σκελετό νορσφαιρόλης (μεταβολίτης 36). Τα τετρακυκλικά διτερπένια 22 και 23 αποτελούν φυσικά προϊόντα με πρωτότυπες δομές και νέους ανθρακικούς σκελετούς. Μέχρι στιγμής έχουν διενεργηθεί φαρμακολογικοί έλεγχοι σε 13 μεταβολίτες ως προς τη κυτταροτοξική τους δράση έναντι των καρκινικών σειρών Α-549 (κυτταρική καρκινική σειρά επιθηλιακών κυττάρων πνεύμονα τύπου ΙΙ) και NSCLC-N6-L16 (μη μικροκυτταρικός καρκίνος του πνεύμονα), τα αποτελέσματα των οποίων έδειξαν ότι 8 από αυτούς παρουσίασαν αξιοσημείωτη δράση (μεταβολίτες 2, 3, 5, 8, 9, 11, 16 και 21). Παράλληλα, έχει ολοκληρωθεί ο έλεγχος ως προς την παρεμπόδιση της βιοεπίστρωσης υποθαλάσσιων επιφανειών (antifouling), για 7 μεταβολίτες, επί του θυσανόποδου Balanus amphitrite, εκ των οποίων οι πέντε (μεταβολίτες 1, 2, 4, 16 και 21) έδειξαν σημαντικά αποτελέσματα.