Морські губки представляють захоплюючий тип морських безхребетних

Будь ласка зв'яжітьсяoscar.xiao@wecistanche.comдля отримання додаткової інформації

Анотація:В останні десятиліття було виявлено, що морське середовище є величезним резервуаром нових біоактивних сполук, корисних для лікування, що покращує здоров’я та самопочуття людини. Серед кількох морських організмів, які виявляють біотехнологічний потенціал, губки були названі одним із найцікавіших типів згідно з великою кількістю літератури, яка щороку описує нові молекули. Не дивно, що перші морські препарати, які використовувалися в медичних цілях, були виділені з морської губки і зараз використовуються як протиракові та противірусні засоби. У більшості випадків експериментальні дані повідомляють, що дуже часто асоційовані та/або симбіотичні спільноти виробляли ці біологічно активні сполуки для взаємної вигоди. Сьогодні косметичні процедури розроблені з використанням переваг корисних властивостей нових морських сполук. Насправді було зареєстровано кілька біологічних дій, придатних для косметичних процедур, таких як антиоксидантна, антивікова, відбілююча та емульгуюча дія тощо. Тут ми зібрали та обговорили кілька наукових внесків, що повідомляють про космецевтичний потенціал симбіонтів морських губок, які представлені виключно грибами та бактеріями. Також були включені біологічно активні сполуки, спеціально вказані як продукти метаболізму губок. Однак походження метаболітів губок є сумнівним, і роль пов’язаної з ними біоти не можна виключити, враховуючи, що ізоляція симбіонтів є важкою проблемою через їх непридатність для культивування.

Натисніть тут, щоб дізнатися більше

Ключові слова:губки; бактерії; грибки; антиоксидант; проти старіння; відбілювання шкіри; протимікробний; фотозахист

1. Введення

Морські губки представляють захоплюючу групу морських безхребетних, які містять широку симбіотичну спільноту разом із величезним виробництвом вторинних метаболітів [1-7]. Біота, пов’язана з губками, може об’єднувати широку групу філогенетичних ліній, включаючи археї, бактерії та гриби [8,9]. Відносини між губками та їхніми мутуалістичними симбіонтами є складними, і виробництво біоактивних вторинних метаболітів може відігравати можливу захисну роль або брати участь у конкуренції за простір у бентосних середовищах [10,11]. Загалом було визнано, що губки-симбіонти відповідають за метаболізм і ріст господаря, хімічний захист і адаптацію до біотичних і абіотичних стресорів [2, 12-14].

Відкриття морських біологічно активних метаболітів як потенційних ліків для фармацевтичної, нутрицевтичної та космецевтичної промисловості спонукало до кількох дослідницьких проектів, які базуються на ідентифікації нових хімічних компонентів з інноваційними біологічними функціями [15].що таке цистанчеОстаннім часом галузь космецевтики швидко розвивається, оскільки споживачі приділяють більшу увагу кремам і лосьйонам, що містять природні сполуки з фармакологічними властивостями [16]. Космецевтика — це продукти місцевого застосування, що містять деякі біологічно активні інгредієнти, які імітують переваги, подібні до ліків, покращуючи функції шкіри, пов’язані зі здоров’ям [16,17]. У глобальному масштабі космецевтична промисловість поступово переходить на природні сполуки через їх біосумісність, безпечність та екологічність [18]. Успіх космецевтичних виробництв в першу чергу залежить від безпеки; низькі витрати; і здатність підтримувати активний інгредієнт, доставляти його в біологічно активній формі та здійснювати біологічний ефект через відомі механізми [19]. Щоб подолати ці останні проблеми, особливо пов’язані з невідповідними хімічними властивостями, були розроблені деякі методи інкапсуляції та наноформулювання, щоб значно покращити доставку ліків та ефективність [20-25].

Незважаючи на те, що космецевтику історично отримували з наземних рослин[26-28], за останні десятиліття деякі з них були виявлені в морському середовищі. Насправді океан є багатим джерелом біоактивних інгредієнтів, таких як вітаміни, мінерали, амінокислоти, білки, ліпіди, полісахариди, терпеноїди, поліфеноли, пігменти та ферменти, які знаходять кілька застосувань у космецевтичній сфері [29]. Морська космецевтика продемонструвала широкий спектр корисних властивостей, таких як антиоксиданти, проти ультрафіолетового випромінювання, проти старіння, проти тирозинази (відбілювання шкіри), антимікробні, ранозагоювальні та емульгуючі властивості (Рисунок 1)[{{8} }].

Cistanche може омолоджувати старіння

Останнім часом велика увага приділяється морським антиоксидантам, у тому числі циклоспорину та мікоспориноподібним амінокислотам (MAA), каротиноїдам та іншим сполукам, які відіграють різноманітну роль у космецевтичній сфері [4,45]. Деякими прикладами є пігменти (наприклад, каротиноїди), яких надзвичайно багато в морському середовищі, оскільки вони виробляються всіма автотрофними організмами (наприклад, бактеріями, археями, водоростями та грибами). Каротиноїди включають каротини (наприклад, лікопін і -і -каротин) і ксантофіли (наприклад, астаксантин, фукоксантин і лютеїн), які показали антиоксидантну активність [46], захищаючи шкіру від активних форм кисню (АФК), які зазвичай виділяються в організмі. клітини після природного окислення, викликаного УФ-випромінюванням і старінням шкіри[42]. Так як синтетичні сполукиможе справляти токсичний вплив на здоров’я та самопочуття людини[47], природні антиоксиданти були досліджені на предмет їх потенційного використання в косметиці[49]. Антимікробні засоби та засоби проти обростання, які захищають від патогенів, пов’язаних із захворюваннями шкіри, таких як Staphylococcus epidermis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginous та Candida albicans, також були описані з різних джерел і вважалися корисними засобами для створення косметичних і дерматологічних засобів. лікування [39, 50-54].Цистанка проти старінняКрім того, біологічно активні сполуки з антитирозиназною активністю знайшли кілька застосувань у косметичній промисловості, оскільки тирозиназа є ключовим ферментом, що бере участь у біосинтезі меланіну, і блок її ферментативної активності може бути використаний для лікування відбілювання шкіри, застосування якого є надзвичайно популярним у деяких країнах. країни [55]. Поверхнево-активні речовини та емульгатори, як з гідрофільними, так і з гідрофобними групами, також можуть бути використані в косметиці [56,57]. Деякі білково-полісахаридні комплекси, гліколіпіди та ліпопептиди, виділені з морських мікроорганізмів, були вивчені для отримання біосурфактантів та емульгаторів [58]. Наприклад, хітозан, завдяки його високій водозв’язувальній здатності, був запропонований як зволожувач шкіри та засіб доставки в космецевтичних препаратах засобів проти старіння [59].

Визнаними виробниками морської космецевтики є ціанобактерії, а також мікро- та макроводорості [24,60-63], деякі сполуки проходять клінічні випробування або вже схвалені для продажу [64,65]. Як згадувалося раніше, мікробіота, пов’язана з губками, виробляє безліч біоактивних сполук із корисними властивостями для здоров’я людини [6]. Незважаючи на велике біотехнологічне значення, поки що лише кілька досліджень розглядали потенційне застосування метаболітів губок-симбіонтів у косметичній сфері, зосереджуючись на конкретних видах губок [66] або групуючи кілька таксонів морських організмів [29].

У цьому огляді ми проаналізували колекцію наукової літератури про сполуки, пов’язані з губками-симбіонтами, які виявляють цікаву біологічну активність у космецевтичній сфері. Зокрема, ми зосередилися на бактеріях і грибках, яких надзвичайно багато в спільнотах, пов’язаних із губками. Крім того, ми також розглянули метаболіти губки, чия біологічна активність була визнана надзвичайно придатною для космецевтичних рецептур.

2. Губки-симбіонти в космецевтиці

2.1.Бактерії

Різноманітність біологічно активних сполук, описаних у морських бактеріях, таких як полікетиди, алкалоїди, пептиди, протеїни, ліпіди, циклоспорин і МАА, глікозиди, ізопреноїди та гібриди, показали дивовижні дії, такі як фотозахисна, антистаріюча, протимікробна, протизапальна. -оксидантна та зволожуюча дії [58,67]. Цікава здатність виробляти деякі сполуки, що поглинають ультрафіолет, включаючи сцитонеміни (виключно ціанобактерії), мікоспорини, каротиноїди та меланін, була пояснена можливими еволюційними механізмами, розробленими для захисту губок від шкідливого впливу ультрафіолетового випромінювання [68,69].

Як повідомлялося у вступному розділі, каротиноїди, такі як -каротин і лікопін, виявляли фотозахисну активність, таким чином відкриваючи кілька застосувань у космецевтичних галузях [70]. Dharmaraj і співавтори [71] досліджували каротиноїдний екстракт штаму Streptomyces (AQBWWS1), пов’язаного з губкою Callyspongia diffusa, зібраною на західному узбережжі Керали (Індія). Його хімічний профіль виявив наявність лікопіну, який вважається потенційним інгредієнтом для приготування косметичних продуктів [71].

Новий ксилозиловий ефір А діаполікопендіової кислоти, витягнутий з бактерії морської губки Rubritalea squalenifaciens sp. nov, виявили потужну антиоксидантну активність у моделі придушення O2 з половиною максимальної інгібуючої концентрації (IC50) 4,1 мкг/мл 【72】.cistanche benefíciosІз штаму Mi-cromonospora sp. також виділено алкалоїд діазепіноміцин. RV115 пов’язаний із губкою Aplysina aerophoba, зібраною в Середземному морі. Ця молекула змогла захистити клітинні лінії нирок людини (HK-2) і промієлоцитів людини (HL-60) від токсичності та пошкодження генома, викликаного H2O2[73]. Метаболіти, виділені з Virgibacillus sp. пов’язаний з губкою C. diffusa (затока Маннар), продемонстрував активність поглинання радикалів 1,1-дифеніл-2-пікрилгідразилу (DPH) з ICso 857,49 мкг/мл. Крім того, була виявлена ​​чітка активність поглинання вільних радикалів гідроксилу та супероксиду (ICso =471.07 мкг/мл та 1353,28 мкг/мл відповідно), ймовірно, корельована з наявністю біологічно активних сполук, таких як алкалоїди, терпеноїди, відновлюючі цукри та антрахінони, виявлені хімічними аналізами[74]. У подібних роботах два штами Vibrio (P1Ma8 і P1Ma5) і кілька Bacillus sp. виділені з губок Phorbas tenacious і Tedania anhelans, відповідно, продемонстрували підвищену активність поглинання вільних радикалів, оцінену за допомогою аналізу DPPH [75,76]. Антиоксидантні властивості біоактивної сполуки (піроло[1,2-альпіразин-1,4-діон, гексагідро-C-HnoN2O2), видобутої з губки Bacillus sp. (архіпелаг Лакшадвіп в Індії) також вивчали за допомогою аналізу DPPH, активності поглинання оксиду азоту (NO) і перекису водню (H2O2) і загальної відновної здатності. Активна сполука була здатна поглинати H2O2 залежно від дози. Крім того, ICso для інгібування NO та DPPH становив 41,70 мкг/мл і 15,025 мкг/мл відповідно 【77】.

Скринінг біоактивності ста бактеріальних біонтів, виділених з кількох індійських губок, призвів до виділення штаму GUVFCFM{{0}}, ідентифікованого як Chromohalobacter israe-lensis. Зокрема, метанольний екстракт продемонстрував значний відсоток активності поглинання DPPH (67,83 відсотка) та супероксиду (65,87 відсотка) [78]. Тести DPPH і кількісне визначення загального вмісту фенолів (TPC) також використовували для оцінки антиоксидантної активності Pseudomonas sp. екстракт, пов'язаний з морською губкою Hyrtios aff. зведення з Червоного моря. Зокрема, аналіз DPPH показав 100-відсоткове інгібування в усіх досліджуваних кількостях (50, 25, 12,5 та 6,25 мг)[79]. Більше того, Vijayan та інші [80] продемонстрували, що бактерії, пов’язані з темнопігментованими губками (Haliclona pigmentifera, Sigmadocia pumila, Fasciospongia cavernosa, Spon-gia Officinalis і C. diffusa), зібрані в затоці Маннар в Індійському океані, виробляли нецитотоксичний меланін, який має антиоксидантну та фотозахисну дію. Серед штамів бактерій, що демонструють високу продукцію меланіну, Vibrio alginolyticus, виділений із Hali clona pigmentifera, Sigmadocia pumila та S. officinalis, захищав клітини фібробластів миші (L929) від індукованого ультрафіолетовим випромінюванням внутрішньоклітинного реактивного кисневого стресу (IC50 =9).0 мкг /мл) і не чинив цитотоксичності на клітини L929 і соляні креветки [80]. Штами, отримані з губок, вилучені з вод Індонезії, HAL-08, HAL-13 і HAL-74(Haliclona sp.), а також PTR-21(Petrosia sp.), були оцінювали за допомогою методів DPPH і ABTS (2,2'-азінобіс3-етилбензотіазолін-6-сульфонат). Серед протестованих ізолятів найвищу антиоксидантну активність виявив неочищений екстракт HAL-08 зі значеннями ICso 17,10 і 59,39 мкг/мл для радикалів DPPH і ABTS відповідно. Крім того, PTR-21 виявився найпотужнішим засобом проти старіння, перевіреним на життєздатність Schizosaccharomyces pombe [81]. Також була оцінена антиоксидантна активність бактерій PTR-08, PTR-40, PTR-41 і PTR-47, ідентифікованих як Pseudomonas sp. Екстракт PTR-08 продемонстрував найвищі антиоксидантні властивості зі значеннями ICsn 9,25 і 235,53 мкг/мл для радикалів DPPH і ABTS відповідно. Цікаво, що PTR-08 модулював довговічність дріжджів Schizosaccharomyces pombe, сприяючи механізмам антиоксидантного захисту, пов’язаним із внутрішньоклітинним окисним стресом [82]. Ті ж автори досліджували екстракт іншої індонезійської бактерії (Pseudoalteromonas flavipulchra, названа STILL -33), пов’язаної з губкою Stylotella sp.Екстракт цистанхе проти радіаціїSTILL-33, який продемонстрував високу деградуючу активність DPPH і ABTS зі значеннями ICso 7,80 мкг/мл (DPPH) і 31,50 мкг/мл (ABTS)[83].

Деякі роботи разом із антиоксидантними можливостями оцінювали активність пригнічення росту специфічних патогенів, які зазвичай беруть участь у шкірних інфекціях. Наприклад, хлорований хінолон Ageloline A, виділений із Streptomyces sp. SBT345, бактеріальний симбіонт середземноморської губки Agelas oroides, було досліджено на предмет його радикальних поглинаючих паразитів і антимікробних властивостей. Ця сполука продемонструвала антиоксидантний потенціал на лейкемічній клітинній лінії людини (HL-60) і була здатна зменшити окислювальний стрес і пошкодження генома, спричинені 4-нітрохінолін-1-оксидом (NQO). Крім того, агелолін А пригнічував ріст Chlamydia trachomatis залежно від дози зі значенням ICsn 2,14 мкг/мл [84]. Антимікробну дію проти E. coli MTCC-1687, P. aeruginosa MTCC-1688, B.subtilis MICC-441 та S.aureus MICC-737 також спостерігали з GSA10 штам, пов’язаний з губкою Halichondria glabrata (західне узбережжя Мумбаї, Індія). Крім того, антиоксидантні властивості були виявлені за допомогою аналізу DPPH-поглинання та аналізу антиоксидантних параметрів загального захоплення радикалів (TRAP). Зокрема, за допомогою аналізу TRAP GSA10 діяв як поглинач пероксилу, і відсоток інгібування був пропорційний концентраціям GSA10 [85]. У недавній роботі неочищений метанольний екстракт і фракції штаму Bacillus 2011SOCCUF3, виділені з губки S. officinalis (Cortiou and Riou, Франція), показали антиоксидантну та антибактеріальну дію. Зокрема, аналіз DPPH показав дозозалежну активність поглинання з відсотком інгібування 38.9-49.1 відсотка (10-50 мг/мл), а метод дифузії в лунках агару виявив високий інгібуючий ефект проти C.albicans у діапазоні концентрацій 2.5-20мг/мл[86].

Властивості необроблених екстрактів симбіонтів бактерій Scopalina hapalia (південно-східне узбережжя Майотти) проти старіння та відбілювання шкіри оцінювали на кількох цілях, включаючи еластазу, тирозиназу, каталазу, сиртуїн 1 (Sirt1), циклінзалежну кіназу. 7 (CDK7), fyn кіназа та протеасома [66]. Зокрема, ізолят SH-82 (Micromonospora fluostatini) демонстрував достатнє інгібування активності еластази, тоді як SH-89 проявляв значні антимеланогенні властивості шляхом інгібування тирозинази (58,33 відсотка). Найбільш потужними активаторами активності Sirtl були виявлені екстракти SH-82 і SH-100 (Bacillus licheniformis). Крім того, чотири штами Bacillus і три екстракти Salinispora arenicola продемонстрували помітну антиоксидантну та інгібіторну активність щодо CDK7 відповідно. Дивовижні результати були отримані від S.цистанхея трав'янаarenicola (SH{{0}}EA-SM) і B.licheniformis (SH-04-EA-SM), пригнічуючи активність Fyn у трьох перевірених концентраціях (0.{{ 8}}33,0.0033 і 0,00033 мкг/мл). Навпаки, неочищені екстракти SH-45, SH-54, SH-78 і SH{ {13}} демонструє незначну активність, виявлену лише при найвищій концентрації (0,033 мкг/мл). Загалом, автори запропонували ці бактерії, отримані з губки, як придатні джерела нових відбілювачів шкіри та засобів проти старіння [66].

Як згадувалося вище (див. вступний розділ), мікробні біоповерхнево-активні речовини продемонстрували придатні властивості для композицій для догляду за шкірою [57]. Наприклад, Dhasayan et al [87] оцінили зволожуючі властивості кількох штамів, виділених з індійської губки C. diffusa. Зокрема, MB-30 (Halomonas sp.) і MB-D9 (Alcaligenes sp.) показали найвищу емульгувальну активність після 48 годин інкубації, тоді як MB-7 (Bacillus subtilis) і MB{{ 8}} (Bacillus amyloliquefaciens) ізоляти показали такі ж властивості після 72 годин інкубації, що свідчить про те, що біоактивні сполуки, ймовірно, секретуються під час стаціонарної фази росту [87]. Крім того, в нещодавній роботі бактеріальний штам (Bacillus niabensis, My-30), пов’язаний з губкою Mycale ramulosa (Каліфорнійська затока), продемонстрував чітку активність у тесті на згортання краплі та властивості емульгування з високою стабільністю протягом 24 год. , порівняно з контролем (додецилсульфат натрію, SDS). Крім того, супернат My-30 продемонстрував багатообіцяючу активність проти обростання зі значеннями мінімальної інгібуючої концентрації (MIC) 1-2 відсотків (v/v), проти Bacillus subtilis, Micrococus sp. і Sagittula stellata [88].

Ця стаття взята з Mar. Drugs 2021, 19, 444. https://doi.org/10.3390/md19080444 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs