Le spugne marine rappresentano un affascinante phylum di invertebrati marini

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Astratto:Negli ultimi decenni, l'ambiente marino è stato scoperto come un enorme serbatoio di nuovi composti bioattivi, utili per trattamenti medicinali che migliorano la salute e il benessere dell'uomo. Tra i numerosi organismi marini che esibiscono potenziale biotecnologico, le spugne sono state accresciute come uno dei phyla più interessanti secondo un'ampia letteratura che descrive nuove molecole ogni anno. Non sorprende che i primi farmaci marini applicati per scopi medici siano stati isolati da una spugna marina e ora siano usati come agenti antitumorali e antivirali. Nella maggior parte dei casi, l'evidenza sperimentale ha riportato che molto spesso comunità associate e/o simbiotiche hanno prodotto questi composti bioattivi per il reciproco vantaggio. Oggi i trattamenti di bellezza sono formulati sfruttando le proprietà benefiche esercitate dai nuovi composti marini. Sono state infatti registrate diverse attività biologiche adatte ai trattamenti cosmetici, come attività antiossidante, antietà, sbiancante della pelle ed emulsionante, tra le altre. Qui, abbiamo raccolto e discusso diversi contributi scientifici che riportano il potenziale cosmeceutico dei simbionti delle spugne marine, che erano rappresentati esclusivamente da funghi e batteri. Sono stati inclusi anche composti bioattivi specificatamente indicati come prodotti del metabolismo delle spugne. Tuttavia, l'origine dei metaboliti delle spugne è dubbia e il ruolo del biota associato non può essere escluso, considerando che l'isolamento dei simbionti rappresenta una sfida difficile a causa delle loro caratteristiche incoltivabili.

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Parole chiave:spugne; batteri; fungo; antiossidante;anti-invecchiamento; sbiancamento della pelle; antimicrobico; fotoprotezione

1. Introduzione

Le spugne marine rappresentano un affascinante phylum di invertebrati marini, che ospita un'ampia comunità simbiotica insieme a un'enorme produzione di metaboliti secondari [1-7]. Il biota associato alla spugna può riunire un ampio gruppo di lignaggi filogenetici, inclusi archaea, batteri e funghi [8,9]. Le relazioni tra le spugne ei loro simbionti mutualistici sono complesse e la produzione di metaboliti secondari bioattivi potrebbe avere un possibile ruolo di difesa o essere coinvolta nella competizione per lo spazio all'interno degli habitat bentonici[10,11]. Nel complesso, i simbionti spugna sono stati riconosciuti come responsabili del metabolismo e della crescita dell'ospite, della difesa chimica e dell'adattamento ai fattori di stress biotici e abiotici[2,{7}}].

La scoperta di metaboliti bioattivi marini come potenziali farmaci per le industrie farmaceutiche, nutraceutiche e cosmeceutiche ha dato origine a numerosi progetti di ricerca basati sull'identificazione di nuove frazioni chimiche con funzioni biologiche innovative[15].cos'è la cistancheRecentemente, il settore cosmeceutico è in rapida crescita, poiché i consumatori hanno prestato maggiore attenzione a creme e lozioni contenenti composti naturali con proprietà farmacologiche [16]. I cosmeceutici sono prodotti topici contenenti alcuni ingredienti bioattivi che imitano i benefici dei farmaci migliorando la funzione correlata alla salute della pelle [16,17]. Su scala globale, l'industria cosmeceutica si sta gradualmente spostando verso composti naturali per le loro proprietà biocompatibili, sicure ed eco-compatibili [18]. Il successo delle produzioni cosmeceutiche dipende principalmente dalla sicurezza; bassi costi; e la capacità di mantenere il principio attivo, rilasciarlo in una forma biologicamente attiva ed esercitare un effetto biologico attraverso meccanismi noti[19]. Per superare questi ultimi problemi, in particolare legati a proprietà chimiche inadatte, sono stati sviluppati alcuni metodi di incapsulamento e nanoformulazione per migliorare notevolmente la somministrazione e l'efficacia dei farmaci [20-25].

Nonostante i cosmeceutici siano stati storicamente recuperati dalle piante terrestri[26-28], negli ultimi decenni molti di loro sono stati scoperti in ambienti marini. L'oceano, infatti, rappresenta una ricca fonte di ingredienti bioattivi, come vitamine, minerali, aminoacidi, proteine, lipidi, polisaccaridi, terpenoidi, polifenoli, pigmenti ed enzimi, che trovano numerose applicazioni in campo cosmeceutico [29]. I cosmeceutici marini hanno mostrato un'ampia gamma di attività benefiche, come proprietà antiossidanti, anti-UV, anti-invecchiamento, anti-tirosinasi (sbiancante della pelle), antimicrobiche, cicatrizzanti ed emulsionanti (Figura 1)[{{8} }].

Cistanche può antietà

Recentemente, molta attenzione è stata prestata agli antiossidanti marini, tra cui la ciclosporina e gli amminoacidi simili alle micosporine (MAA), i carotenoidi e altri composti che esibiscono molteplici ruoli nel campo cosmeceutico [4,45]. Alcuni esempi sono i pigmenti (es. carotenoidi), estremamente abbondanti nell'ambiente marino poiché sono prodotti da tutti gli organismi autotrofi (es. batteri, archei, alghe e funghi). I carotenoidi comprendono i caroteni (p. es., licopene e -e -carotene) e le xantofille (p. es., astaxantina, fucoxantina e luteina), che hanno mostrato attività antiossidanti[46] proteggendo la pelle dalle specie reattive dell'ossigeno (ROS) che normalmente vengono rilasciate all'interno del cellule dopo l'ossidazione naturale indotta dai raggi UV e dall'invecchiamento cutaneo[42]. Poiché composti sinteticipossono esercitare effetti tossici sulla salute e sul benessere dell'uomo[47], gli antiossidanti naturali sono stati studiati per il loro potenziale utilizzo nei cosmetici[49]. Agenti antimicrobici e antivegetativi che proteggono dai patogeni legati alle malattie della pelle, come Staphylococcus epidermis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginous e Candida albicans, sono stati anche descritti da varie fonti e considerati strumenti utili per la formulazione di prodotti cosmetici e dermatologici trattamenti [39,{7}}].Cstanche antietàInoltre, i composti bioattivi con attività anti-tirosinasi hanno trovato diverse applicazioni nell'industria cosmetica, poiché la tirosinasi rappresenta un enzima chiave coinvolto nella biosintesi della melanina e il blocco della sua attività enzimatica potrebbe essere utilizzato per trattamenti di sbiancamento cutaneo, il cui impiego è estremamente popolare in alcuni paesi [55]. Tensioattivi ed emulsionanti, sia con gruppi idrofili che idrofobici, potrebbero essere utilizzati anche in campo cosmetico [56,57]. Diversi complessi proteico-polisaccaridi, glicolipidi e lipopeptidi isolati da microrganismi marini sono stati studiati per la produzione di biotensioattivi ed emulsionanti [58]. Ad esempio, il chitosano, per la sua elevata capacità di legare l'acqua, è stato proposto come idratante per la pelle e agente di rilascio nelle preparazioni cosmeceutiche di prodotti antietà [59].

Produttori riconosciuti di cosmeceutici marini sono i cianobatteri, insieme a micro e macroalghe [24,60-63], con diversi composti in fase di sperimentazione clinica o già approvati per il mercato [64,65]. Come accennato in precedenza, il microbiota associato alle spugne produce una pletora di composti bioattivi con proprietà benefiche per la salute umana [6]. Nonostante la grande rilevanza biotecnologica, finora solo pochi studi hanno esaminato le potenziali applicazioni dei metaboliti simbionti delle spugne in campo cosmetico concentrandosi su specifiche specie di spugne[66] o raggruppando diversi taxa di organismi marini [29].

Nella presente recensione, abbiamo analizzato una raccolta di letteratura scientifica sui composti correlati ai simbionti delle spugne che mostrano interessanti attività biologiche nel campo cosmeceutico. In particolare, ci siamo concentrati su batteri e funghi, che sono estremamente abbondanti all'interno delle comunità associate alle spugne. Inoltre, sono stati considerati anche i metaboliti delle spugne, le cui attività biologiche sono risultate estremamente adatte per formulazioni cosmeceutiche.

2. Simbionti spugna nel campo cosmeceutico

2.1. Batteri

Una varietà di composti bioattivi descritti da batteri marini come polichetidi, alcaloidi, peptidi, proteine, lipidi, ciclosporina e MAA, glicosidi, isoprenoidi e ibridi, hanno mostrato attività sorprendenti, come fotoprotettiva, antietà, antimicrobica, anti -attività ossidante e idratante[58,67]. L'interessante capacità di produrre alcuni composti che assorbono i raggi UV, tra cui scitonemine (esclusivamente cianobatteri), micosporine, carotenoidi e melanina, è stata spiegata attraverso possibili meccanismi evolutivi evoluti per proteggere le spugne dagli effetti dannosi dei raggi UV [68,69].

Come riportato nella sezione introduttiva, i carotenoidi, come il -carotene e il licopene, hanno mostrato attività fotoprotettiva, rivelando così numerose applicazioni in campo cosmeceutico[70]. Dharmaraj e coautori[71] hanno studiato l'estratto carotenoide di un ceppo di Streptomyces (AQBWWS1) associato alla spugna Callyspongia diffusa raccolta dalla costa occidentale del Kerala (India). Il suo profilo chimico ha rivelato la presenza di licopene, suggerito come potenziale ingrediente per la preparazione di prodotti cosmetici[71].

Un nuovo estere xilosile dell'acido diapolicopenedioico A, estratto dal batterio marino derivato dalla spugna Rubritalea squalenifaciens sp. nov, ha rivelato una potente attività antiossidante in un modello di soppressione dell'O2 con metà concentrazione inibitoria massima (IC50) di 4,1 ug/mL 【72】.cistanche benefíciosL'alcaloide Diazepinomicina è stato anche isolato dal ceppo Mi-cromonospora sp. RV115 è associato alla spugna Aplysina aerophoba raccolta nel Mar Mediterraneo. Questa molecola è stata in grado di proteggere il rene umano (HK-2) e le linee cellulari promielocitiche umane (HL-60) dalla tossicità e dal danno genomico indotto dall'H2O2[73]. I metaboliti isolati da Virgibacillus sp. associato alla spugna C. diffusa (Golfo di Mannar) ha mostrato un'attività di scavenging dei radicali 1,1-difenil-2- piccrilidrazil (DPH) con ICso di 857,49 ug/mL. Inoltre, è stata rilevata una chiara attività di scavenging dei radicali liberi di idrossile e superossido (ICso =471,07 ug/mL e 1353,28 ug/mL, rispettivamente), probabilmente correlata alla presenza di composti bioattivi come alcaloidi, terpenoidi, riducenti zuccheri e antrachinoni, rilevati da analisi chimiche[74]. In opere simili, due ceppi di Vibrio (P1Ma8 e P1Ma5) e diversi Bacillus sp. isolati dalle spugne Phorbas tenacious e Tedania anhelans, rispettivamente, hanno mostrato una maggiore attività di scaveng-ing dei radicali liberi valutata mediante DPPH assay [75,76]. Le proprietà antiossidanti di un composto bioattivo (Pirrolo[1,{26}}alpirazina-1,4-dione, esaidro-C-HnoN2O2) estratto da un Bacillus sp. (Arcipelago di Lakshadweep in India) è stato anche studiato utilizzando il test DPPH, l'attività di scavenging dell'ossido nitrico (NO) e del perossido di idrogeno (H2O2) e il potere riducente totale. Il composto attivo era in grado di scavenging H2O2 in modo dose-dipendente. Inoltre, ICso per l'inibizione di NO e DPPH era 41,70 ug/mL e 15,025 ug/mL, rispettivamente 【77】.

Lo screening della bioattività di cento bionti batterici isolati da diverse spugne indiane ha portato all'isolamento del ceppo GUVFCFM{{0}}, identificato come Chromohalobacter israe-lensis. In particolare, l'estratto di metanolo ha mostrato una percentuale significativa di attività di scavenging di DPPH(67,83%) e superossido (65,87%)[78]. I test DPPH e la quantificazione del contenuto fenolico totale (TPC) sono stati utilizzati anche per valutare l'attività antiossidante di Pseudomonas sp. estratto associato alla spugna marina Hyrtios aff. erezioni dal Mar Rosso. In particolare, il test DPPH ha mostrato un 100 percento di inibizione in tutte le quantità testate (50,25,12,5 e 6,25 mg)[79]. Inoltre, Vijayan et al.[80] hanno dimostrato che i batteri associati a spugne pigmentate scure (Haliclona pigmentifera, Sigmadocia pumila, Fasciospongia cavernosa, Spon-gia Officinalis e C. diffusa) raccolti dal Golfo di Mannar nell'Oceano Indiano hanno prodotto melanina non citotossica, con attività antiossidante e fotoprotettiva. Tra i ceppi batterici che dimostrano un'elevata produzione di melanina, Vibrio alginolyticus, isolato da Hali clona pigmentifera, Sigmadocia pumila e S. officinalis, ha protetto le cellule dei fibroblasti di topo (L929) dallo stress reattivo intracellulare dell'ossigeno indotto dai raggi UV (IC50 =9.0 ug /mL) e non ha esercitato citotossicità su cellule L929 e artemia salina [80]. I ceppi derivati ​​dalle spugne recuperati dalle acque indonesiane, HAL-08, HAL-13 e HAL-74(Haliclona sp.) nonché PTR-21(Petrosia sp.), erano valutata utilizzando i metodi DPPH e ABTS (2,2'-azinobis3-etilbenzotiazolina{36}}solfonato). Tra gli isolati testati, l'attività antiossidante più elevata è stata rivelata dall'estratto grezzo di HAL-08 con valori di ICso di 17,10 e 59,39 ug/mL rispettivamente per i radicali DPPH e ABTS. Inoltre, PTR-21 sembrava essere il più potente agente antietà testato sulla vitalità di Schizosaccharomyces pombe [81]. È stata anche valutata l'attività antiossidante dei batteri PTR-08, PTR-40, PTR-41 e PTR-47, identificati come Pseudomonas sp. L'estratto PTR-08 ha mostrato le proprietà antiossidanti più elevate con valori di ICsn di 9,25 e 235,53 ug/mL per i radicali DPPH e ABTS, rispettivamente. È interessante notare che la longevità del lievito di Schizosaccharomyces pombe modulata dal PTR-08 promuove i meccanismi di difesa antiossidante correlati allo stress ossidativo intracellulare[82]. Gli stessi autori hanno esaminato l'estratto di un altro batterio indonesiano (Pseudoalteromonas flavipulchra, denominato STILL-33) associato alla spugna Stylotella sp.Estratto di Cistanche Anti RadiazioniANCORA-33, che ha mostrato un'elevata attività degradante di DPPH e ABTS con valori di ICso di 7,80 ug/mL (DPPH) e 31,50 ug/mL (ABTS)[83].

Alcuni lavori, insieme alle capacità antiossidanti, hanno valutato l'attività di inibizione della crescita di specifici patogeni comunemente coinvolti nelle infezioni cutanee. Ad esempio, un chinolone clorurato, Ageloline A, isolato da Streptomyces sp. SBT345, un simbionte batterico della spugna mediterranea Agelas oroides, è stato studiato per le sue proprietà antimicrobiche e antimicrobiche. Questo composto ha mostrato un potenziale antiossidante su una linea cellulare leucemica umana (HL-60) ed è stato ulteriormente in grado di ridurre lo stress ossidativo e il danno genomico indotto da 4-nitrochinolina-1-ossido (NQO). Inoltre, Ageloline A ha inibito la crescita di Chlamydia trachomatis in modo dose-dipendente con un valore di ICsn di 2,14 ug/mL [84]. Da un GSA10 sono state osservate anche attività antimicrobiche contro E. coli MTCC-1687, P. aeruginosa MTCC-1688, B.subtilis MICC-441 e S.aureus MICC-737 ceppo associato alla spugna Halichondria glabrata (costa occidentale di Mumbai, In-dia). Inoltre, le proprietà antiossidanti sono state rilevate utilizzando il DPPH scavenging e il test del parametro TRAP (Total Radical-trapping Anti-oxidant Parameter). In particolare, attraverso il test TRAP, il GSA10 ha agito come scavenger di perossile e la percentuale di inibizione era proporzionale alle concentrazioni di GSA10 [85]. In un recente lavoro, l'estratto metanolico grezzo e le frazioni del ceppo Bacillus 2011SOCCUF3 isolate dalla spugna S. officinalis (Cortiou e Riou, Francia) hanno mostrato attività antiossidanti e antinnicobiche. In particolare, il test DPPH ha mostrato un'attività di scavenging dose-dipendente, con una percentuale di inibizione del 38,9-49,1 percento (10-50 mg/mL) e il metodo di diffusione agar-well ha rivelato un elevato effetto inibitorio contro C.albicans a un intervallo di concentrazione di 2.5-20mg/mL[86].

Le proprietà antietà e sbiancanti della pelle degli estratti grezzi di batteri sim-bionti di Scopalina hapalia (coste sud-orientali di Mayotte) sono state valutate su diversi target, tra cui elastasi, tirosinasi, catalasi, sirtuina 1 (Sirt1), chinasi ciclina-dipendente 7 (CDK7), fyn chinasi e proteasoma[66]. In particolare, l'isolato SH-82(Micromonospora fluostatini) ha mostrato un'inibizione sufficiente dell'attività dell'elastasi, mentre SH-89 ha esercitato proprietà antimelanogeniche significative mediante l'inibizione della tirosinasi (58,33%). I più potenti attivatori dell'attività di Sirtl sono stati mostrati dagli estratti SH-82 e SH-100 (Bacillus licheniformis). Inoltre, quattro ceppi di Bacillus e tre estratti di Salinispora arenicola hanno mostrato rispettivamente apprezzabili attività antiossidanti e inibitorie del CDK7. Risultati sorprendenti sono stati riportati da S.cistanche erbaarenicola (SH{{0}}EA-SM) e B.licheniformis (SH-04-EA-SM), inibendo l'attività di Fyn alle tre concentrazioni testate (0.{{ 8}}33,0.0033 e 0.00033 ug/mL). Al contrario, gli estratti grezzi di SH-45, SH-54, SH-78 e SH{ {13}} ha mostrato una leggera attività rilevata solo alla concentrazione più alta (0,033 ug/mL). Nel complesso, gli autori hanno proposto questi batteri derivati ​​dalle spugne come fonti idonee di nuovi agenti sbiancanti e antietà per la pelle [66].

Come accennato in precedenza (vedere la sezione introduttiva), i biotensioattivi microbici hanno mostrato proprietà adatte alle formulazioni per la cura della pelle[57]. Ad esempio, Dhasayan et al.[87] hanno valutato le caratteristiche idratanti di diversi ceppi isolati dalla spugna indiana C. diffusa. In particolare, MB-30 (Halomonas sp.) e MB-D9(Alcaligenes sp.) hanno mostrato la più alta attività di emulsionamento dopo 48 h di incubazione, mentre MB-7 (Bacillus subtilis) e MB{{ 8}} (Bacillus amyloliquefaciens) hanno mostrato le stesse proprietà dopo 72 h di incubazione, suggerendo che i composti bioattivi sono probabilmente secreti durante la fase stazionaria di crescita [87]. Inoltre, in un recente lavoro, un ceppo batterico (Bacillus niabensis, My{11}}) associato alla spugna Mycale ramulosa (Gulf of California) ha mostrato una chiara attività nel collapsing drop test e proprietà emulsionanti con elevata stabilità per 24 h , rispetto al controllo (Sodium Dodecyl Sulfate, SDS). Inoltre, i supernat di My-30 hanno dimostrato un'attività antivegetativa promettente, con valori di concentrazione minima inibitoria (MIC) del 1-2 percento (v/v), contro Bacillus subtilis, Micrococus sp. e Sagittula stellata [88].

Questo articolo è tratto da Mar. Drugs 2021, 19, 444. https://doi.org/10.3390/md19080444 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs