Isolation and structure elucidation of secondary metabolites from marine organisms of the Red Sea

2020 ◽  
Author(s):  
Μοχάμεντ Ταμμάμ
Keyword(s):  
Secondary Metabolites ◽  
Red Sea ◽  
Structure Elucidation ◽  
Marine Organisms ◽  
Ecteinascidin 743 ◽  
Laurencia Majuscula

Παρά τις συνεχείς προσπάθειες πολλών ερευνητικών ομάδων για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών αγωγών για διάφορες ασθένειες, τα υπάρχοντα φάρμακα παρέχουν σχετικά χαμηλά ποσοστά θεραπείας συχνά συνοδευόμενα με ανεπιθύμητες παρενέργειες. Στην αναζήτηση νέων και πιο αποτελεσματικών φαρμάκων με αντικαρκινική και αντιβιοτική δράση, οι θαλάσσιοι οργανισμοί έχουν αναδειχθεί ως μία πολλά υποσχόμενη πηγή νέων μορίων με ασυνήθιστες χημικές δομές και υψηλή βιολογική δράση. Η τεράστια ποικιλία αυτών των σχετικά ανεξερεύνητων οργανισμών ως πηγή χημειοποικιλότητας αναμένεται να ανοίξει μια νέα εποχή στην εξέλιξη νέων φαρμάκων. Τα φυσικά προϊόντα έχουν αποτελέσει την βασική πηγή νέων φαρμακευτικών προϊόντων τα τελευταία πενήντα χρόνια. Μεταξύ του 1981 και του 2002, το 60% των αντικαρκινικών φαρμάκων και το 75% των φαρμάκων κατά των λοιμωδών νόσων προέρχονταν ή είχαν εμπνευστεί από φυσικά προϊόντα. Η ανθρωπότητα έχει εξερευνήσει και εκμεταλλευτεί το χερσαίο περιβάλλον για περισσότερα από 3.000 χρόνια, αλλά μόνο σχετικά πρόσφατα στράφηκε στους ωκεανούς αναζητώντας νέες πηγές βιοδραστικών μορίων. Από τις πρώτες έρευνες, που ξεκίνησαν στη δεκαετία του 1970 έως τώρα οι θαλάσσιοι οργανισμοί έχουν αποδώσει περισσότερα από 32.000 φυσικά προϊόντα. Ήδη ορισμένα από αυτά είναι εμπορικά διαθέσιμα φάρμακα, όπως π.χ. το ziconotide (ισχυρό αναλγητικό για ανακούφιση από έντονους πόνους, με το εμπορικό σήμα Prialt) και η ecteinascidin 743 (ισχυρό αντικαρκινικό για τη θεραπεία σαρκώματος μαλακών ιστών με το εμπορικό σήμα Yondelis), ενώ πολλοί άλλοι μεταβολίτες από θαλάσσιους οργανισμούς βρίσκονται σε προχωρημένα στάδια κλινικών δοκιμών για τη θεραπεία πολλών ασθενειών. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η χημική σύσταση των οργανικών εκχυλισμάτων που παρελήφθησαν κατόπιν εξαντλητικής εκχύλισης τριών θαλάσσιων οργανισμών που συλλέχθηκαν στην Ερυθρά Θάλασσα. Συγκεκριμένα η μελέτη εστιάσθηκε στο ροδοφύκος Laurencia majuscula, ενός σπόγγου του γένους Lamellodysidea και του μαλακού κοραλλιού Sinularia polydactyla που συλλέχθηκαν από τις περιοχές της Hurghada και του Thuwal, στην Ερυθρά Θάλασσα (Αίγυπτος και Σαουδική Αραβία). Για την απομόνωση των δευτερογενών μεταβολιτών αυτών των θαλάσσιων οργανισμών, τα οργανικά τους εκχυλίσματα υποβλήθηκαν σε σειρά χρωματογραφικών διαχωρισμών με ποικίλους διαλύτες και τύπους χρωματογραφίας. Οι απομονωμένοι μεταβολίτες ταυτοποιήθηκαν κατόπιν ανάλυσης των φασματοσκοπικών τους δεδομένων (NMR, MS, IR, UV-Vis) και σύγκρισης με δεδομένα βιβλιογραφίας όπου υπήρχαν διαθέσιμα. Συνολικά από τους ανωτέρω θαλάσσιους οργανισμούς απομονώθηκαν 64 δευτερογενείς μεταβολίτες, εκ των οποίων οι 59 έχουν χαρακτηριστεί πλήρως ως προς την χημική τους δομή και μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται 18 μεταβολίτες με νέες χημικές δομές καθώς και 1 μόριο που απομονώνεται για πρώτη φορά ως φυσικό προϊόν. Από το ροδοφύκος L. majuscula που συλλέχθηκε από την περιοχή της Hurghada της Αιγύπτου απομονώθηκαν και ταυτοποιήθηκαν με βάση τα φασματοσκοπικά χαρακτηριστικά τους είκοσι δύο δευτερογενείς μεταβολίτες (1-22) Μεταξύ αυτών συμπεριλαμβάνονται επτά σεσκιτερπένια με σκελετό λαουράνιου (1-7), ένα σεσκιτερπένιο με σκελετό κουπαράνιου (8), ένας μεταβολίτης με σκελετό σεκο-λαυρανίου (9), ένα παράγωγο σνυδερανίου (10), δύο μεταβολίτες με τσαμιγκρανικό σκελετό (11 και 12), δύο αναδιαταγμένα τσαμιγκράνια (13 και 14) , ένα σεσκιτερπένιο με σκελετό αριστολανίου (15), ένα τρικυκλικό διτερπένιο (16), μία C15 ακετογενίνη με πενταμελή δακτύλιο (17), τέσσερεις τρικυκλικές C15 ακετογενίνες τύπου μανεονένης (18-21) και ένα χλωριωμένο παράγωγο λιπαρού οξέος (22). Οι ενώσεις 2, 3, 5, 6, 9, 17 και 19-21 αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα. Από τον θαλάσσιο σπόγγο Lamellodysidea sp. που συλλέχθηκε από τη περιοχή του Thuwal στη Σαουδική Αραβία, απομονώθηκαν 11 σεσκιτερπένια (23-31) που περιέχουν στις δομές τους φουράνιο ή γ-λακτόνη, τρία εκ των οποίων αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα (25, 30 και 31) και ένα (33) που αναφέρεται για πρώτη φορά από φυσική πηγή. Από το μαλακό κοράλλι S. polydactyla που συλλέχθηκε από την Ερυθρά θάλασσα στην περιοχή της Hurghada στην Αίγυπτο απομονώθηκαν και χαρακτηρίσθηκαν ως προς την χημική δομή τους είκοσι έξι στεροειδή (34-59) μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται 15 4α-μεθυλιωμένα στεροειδή. Οι ενώσεις 34, 35, 39, 41, 46 και 53 αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα. Μεταξύ αυτών, οι μεταβολίτες 34 και 35 παρουσιάζουν τον σπάνιο σκελετό 4-μεθυλο-8,9-σεκο-χολαστανίου. Η κυτταροτοξική, η αντιφλεγμονώδης, η αντι-αγγειογενετική και η νευροπροστατευτική δράση των μεταβολιτών 36–40, 42–45, 47–53 και 55–59, καθώς και η επίδρασή τους στη μεταγραφή που ρυθμίζεται από τον ανδρογόνο υποδοχέα αξιολογήθηκε in vitro σε ανθρώπινες καρκινικές και φυσιολογικές κυτταρικές σειρές.

scholarly journals The Isolation and Structure Elucidation of Secondary Metabolites from Tongan Marine Invertebrates

2021 ◽  
Author(s):  
◽  
Victoria Helen Woolner
Keyword(s):  
Antifungal Activity ◽  
Secondary Metabolites ◽  
Structure Elucidation ◽  
Sea Cucumber ◽  
Marine Invertebrates ◽  
Marine Sponges ◽  
Marine Organisms ◽  
New Members ◽  
Ic50 Values ◽  
New Compounds

<p>During the course of this study, Tongan marine organisms were investigated for new secondary metabolites. A combination of reversed- and normal-phase chromatographic techniques and NMR spectroscopy was employed, to aid in the isolation and structure elucidation of the five known and four new compounds isolated in this study. A brief investigation into the antifungal activity of Tongan holothurian saponins was instigated in order to compare the activity against saponins isolated from the common New Zealand sea cucumber, Australostichopus mollis. A yeast-based chemical genetics study, determined the antifungal activity, for four partially purified Tongan holothurian extracts, against Saccharomyces cerevisiae, to be similar to neothyonidioside (44), a saponin from A. mollis. This result suggested the antifungal activity to be a common characteristic to sea cucumber saponins. Further interest in secondary metabolites from Tongan marine organisms led this study towards the investigation of Tongan marine sponges. Five sponges were selected for screening, and two chosen for further study which yielded five known compounds (51–53, 61, 62) and four new fascaplysin derivatives; 7-bromoreticulatine,10-bromo-6,7-dimethoxyhomofascaplysin C,10-bromo-6, 7-dimethoxyhomofascaplysin D, and 10-bromohomofascaplysin A (63–66, respectively). Although 63 and 66 are new members of the fascaplysin family solely due to the position of the bromine, it appears that bromination on the A-ring is comparatively rare, with only three of the 24 literature examples displaying A-ring bromination. On the other hand, 64 and 65 present a new sub-class of fascaplysin derivatives due to the presence of a dimethoxy functionality. Both 7-bromoreticulatine (63) and 10-bromohomofascaplysin A (66) were found to be potently cytotoxic in the HL-60 cell line, exhibiting IC50 values of 33.8 and 498 nM, respectively. 10-Bromo-6,7-dimethoxyhomofascaplysins C (64) and D (65) were significantly less cytotoxic with respective IC₅₀ values of 2.7 and 6.0 μΜ. (Abstract continues with diagrams).</p>

scholarly journals Various In Vitro Bioactivities of Secondary Metabolites Isolated from the Sponge Hyrtios aff. Erectus from the Red Sea Coast of Egypt

2020 ◽  
Vol 17 (2) ◽  
pp. 127-135 ◽  
Author(s):  
Asmaa NABIL-ADAM ◽  
Mohamed A. SHREADAH ◽  
Nehad M Abd EL MONEAM ◽  
Samy A EL-ASSAR
Keyword(s):  
Secondary Metabolites ◽  
Red Sea ◽  
Red Sea Coast ◽  
Sea Coast

scholarly journals The Isolation and Structure Elucidation of Secondary Metabolites from Tongan Marine Invertebrates

2021 ◽  
Author(s):  
◽  
Victoria Helen Woolner
Keyword(s):  
Antifungal Activity ◽  
Secondary Metabolites ◽  
Structure Elucidation ◽  
Sea Cucumber ◽  
Marine Invertebrates ◽  
Marine Sponges ◽  
Marine Organisms ◽  
New Members ◽  
Ic50 Values ◽  
New Compounds

<p>During the course of this study, Tongan marine organisms were investigated for new secondary metabolites. A combination of reversed- and normal-phase chromatographic techniques and NMR spectroscopy was employed, to aid in the isolation and structure elucidation of the five known and four new compounds isolated in this study. A brief investigation into the antifungal activity of Tongan holothurian saponins was instigated in order to compare the activity against saponins isolated from the common New Zealand sea cucumber, Australostichopus mollis. A yeast-based chemical genetics study, determined the antifungal activity, for four partially purified Tongan holothurian extracts, against Saccharomyces cerevisiae, to be similar to neothyonidioside (44), a saponin from A. mollis. This result suggested the antifungal activity to be a common characteristic to sea cucumber saponins. Further interest in secondary metabolites from Tongan marine organisms led this study towards the investigation of Tongan marine sponges. Five sponges were selected for screening, and two chosen for further study which yielded five known compounds (51–53, 61, 62) and four new fascaplysin derivatives; 7-bromoreticulatine,10-bromo-6,7-dimethoxyhomofascaplysin C,10-bromo-6, 7-dimethoxyhomofascaplysin D, and 10-bromohomofascaplysin A (63–66, respectively). Although 63 and 66 are new members of the fascaplysin family solely due to the position of the bromine, it appears that bromination on the A-ring is comparatively rare, with only three of the 24 literature examples displaying A-ring bromination. On the other hand, 64 and 65 present a new sub-class of fascaplysin derivatives due to the presence of a dimethoxy functionality. Both 7-bromoreticulatine (63) and 10-bromohomofascaplysin A (66) were found to be potently cytotoxic in the HL-60 cell line, exhibiting IC50 values of 33.8 and 498 nM, respectively. 10-Bromo-6,7-dimethoxyhomofascaplysins C (64) and D (65) were significantly less cytotoxic with respective IC₅₀ values of 2.7 and 6.0 μΜ. (Abstract continues with diagrams).</p>

Synthesis of secondary metabolites in vitro

2015 ◽  
Author(s):  
V. Naumenko ◽  
B. Sorochynskyi ◽  
Ya. Blume
Keyword(s):  
Secondary Metabolites

Production of Novel Bioactive Compounds by the Bacteria Associated with Some Marine Sponges of Gulf of Mannar and Palk Bay, Southeast Coast of India

2018 ◽  
Vol 6 (8) ◽  
pp. 183
Author(s):  
V. Ramadas ◽  
G. Chandralega
Keyword(s):  
Bioactive Compounds ◽  
Bacterial Species ◽  
Marine Sponges ◽  
Marine Organisms ◽  
Gulf Of Mannar ◽  
Bacterial Symbionts ◽  
Palk Bay ◽  
Excellent Source

Sponges, exclusively are aquatic and mostly marine, are found from the deepest oceans to the edge of the sea. There are approximately 15,000 species of sponges in the world, of which, 150 occur in freshwater, but only about 17 are of commercial value. A total of 486 species of sponges have been identified in India. In the Gulf of Mannar and Palk Bay a maximum of 319 species of sponges have been recorded. It has been proved that marine organisms are excellent source of bioactive secondary metabolites and number of compounds of originated from marine organisms had been reported to possess in-vitro and in-vivo immuno stimulatory activity. Extracts from 20 sponge species were tested for bacterial symbionts and bioactive compounds were isolated from such associated bacterial species in the present study.

Obtaining and Characterization of Alhagi persarum Boiss. et Buhse Callus Cell Cultures, Isoflavonoid Producers

2020 ◽  
Vol 36 (6) ◽  
pp. 35-48
Author(s):  
D.V. Коchkin ◽  
G.I. Sobolkovа ◽  
А.А. Fоmеnkov ◽  
R.А. Sidorov ◽  
А.М. Nоsоv
Keyword(s):  
Fatty Acids ◽  
Cell Culture ◽  
Liquid Chromatography ◽  
Secondary Metabolites ◽  
Cell Cultures ◽  
Mass Spectrometric ◽  
Mass Spectrometric Detection ◽  
Gas Liquid Chromatography ◽  
Callus Cell

The physiological characteristics of the callus cell cultures of Alhagi persarum Boiss et Buhse, a member of the legume family, widely used in folk medicine, have been studied. It was shown that the source of the explant was an important factor in the initiation of callusogenesis: more intense callusogenesis (almost 100%) was observed for explants from various organs of sterile seedlings, rather than intact plants (less than 30%). As a result, more than 20 lines of morphologically different callus cell cultures were obtained, and the growth parameters for the 5 most intensively growing lines were determined. The composition of fatty acids (FA) of total lipids and secondary metabolites in the most physiologically stable callus line Aр-207 was analyzed. Using capillary gas-liquid chromatography with mass spectrometric detection (GLC-MS), 19 individual C12--C24 FAs were identified, the main fraction of which were palmitic (~ 23%), stearic (~ 22%), linoleic (~ 14%) and α-linolenic (~ 33%) acids. The established atypical ratio of FAs (a simultaneous high content of both saturated FAs and polyunsaturated α-linolenic acid) is possibly due to the adaptation of cells to in vitro growth conditions. Phytochemical analysis of the secondary metabolites was carried out using ultra-performance liquid chromatography with electrospray ionization mass spectrometric detection (UPLC MS). Compounds belonging to different structural groups of isoflavones were found. Aglycones (calycosin, formononetin and afrormosin isomer), glucosides (formononetin glucoside), as well as esters of glucosides (malonylglycosides of calicosin, formononetin, afrormosin isomers, glycitein and genistein) were detected. These secondary metabolites are widespread in plants of the Fabaceae family; however, isoflavones are rare in representatives of the Alhagi genus. The presence of malonylated isoflavone glycosides in Alhagi spp. was shown for the first time. endemic plant species, Alhagi, in vitro cell culture, callus cell culture, isoflavones, fatty acids All studies were carried out using the equipment of the "Experimental Biotechnological Facility" and the "All-Russian Collection of Cell Cultures of Higher Plants" of IРР RAS. This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (RFBR), contract no.18-54-06021 (Az_a), and the Government of the Russian Federation, Megagrant Project no. 075-15-2019-1882.

Biological and In silico Studies on Synthetic Analogues of Tyrosine Betaine as Inhibitors of Neprilysin - A Drug Target for the Treatment of Heart Failure

2018 ◽  
Vol 24 (17) ◽  
pp. 1899-1904
Author(s):  
Daniel Fabio Kawano ◽  
Marcelo Rodrigues de Carvalho ◽  
Mauricio Ferreira Marcondes Machado ◽  
Adriana Karaoglanovic Carmona ◽  
Gilberto Ubida Leite Braga ◽  
...  
Keyword(s):  
Heart Failure ◽  
Secondary Metabolites ◽  
Structural Similarity ◽  
Structural Features ◽  
Major Constituent ◽  
Binding Modes ◽  
Starting Point ◽  
In Silico Studies ◽  
Nep Inhibition

Background: Fungal secondary metabolites are important sources for the discovery of new pharmaceuticals, as exemplified by penicillin, lovastatin and cyclosporine. Searching for secondary metabolites of the fungi Metarhizium spp., we previously identified tyrosine betaine as a major constituent. Methods: Because of the structural similarity with other inhibitors of neprilysin (NEP), an enzyme explored for the treatment of heart failure, we devised the synthesis of tyrosine betaine and three analogues to be subjected to in vitro NEP inhibition assays and to molecular modeling studies. Results: In spite of the similar binding modes with other NEP inhibitors, these compounds only displayed moderate inhibitory activities (IC50 ranging from 170.0 to 52.9 µM). However, they enclose structural features required to hinder passive blood brain barrier permeation (BBB). Conclusions: Tyrosine betaine remains as a starting point for the development of NEP inhibitors because of the low probability of BBB permeation and, consequently, of NEP inhibition at the Central Nervous System, which is associated to an increment in the Aβ levels and, accordingly, with a higher risk for the onset of Alzheimer's disease.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document