Συμβολή στη μελέτη θάλασσιων πόρων: δευτερογενείς μεταβολίτες από βενθικούς οργανισμούς

Abstract

Marine natural products (secondary metabolites) 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 penetration in modern application areas. The above usually go with and are supported by the study and verifying of the ecological roles of the compounds. This Ph.D. dissertation falls in the scientific area of marine natural products, which is considered part of the broad area of natural resources. Three benthic organisms, common in Greek seas, were chosen according to certain criteria such as, the abundant population, the collection accessibility and the interesting chemical load. The selected organisms were the red alga Laurencia obtusa and the sponges Agelas oroides and Ircinia spinosula. L. obtusa’s organic extract, after processing, mainly by high pressure chromatographic techniques, provided a number of products, which were structurally elucidated based on their spectroscopic data. Five new and nine known secondary metabolites were isolated from the organism. The new products are the acetogenin cyclic ether Laurencienyne B and four oxygenated - halogenated diterpenes. Diterpenes Prevezol A, B and Prevezotriol A, are novel compounds (new carbon skeletons). The fourth diterpene has a Labdane type skeleton. The known metabolites that were isolated are four sesquiterpenes, one diterpene, three acetogenins and one alcohol. Chromatographic separations of a relatively non polar extract of A. oroides, provided four metabolites. Their structure confirmation was based on comparison between the experimental and bibliographic data. The products are three alkaloids - bromide pyrroles and a 4a-methylsterol. Using simple chromatographic techniques, two known, natural products, were isolated as main constituents from the sponge I. spinosula. These compounds belong to the class of polyprenylated hydroquinones, common molecules in genus Ircinia. The two metabolites were used for the synthesis of eleven derivatives, after modifications, through simple chemical reactions. All the compounds, natural and synthesized, were submitted to pharmacological evaluation, in order to, determine their structure – activity relationship. The results showed that the oxidation of the hydroquinones to quinones and the hydrogenation of the double bonds increase the biological activity of the molecules. The adequate quantities of the two sponge metabolites allowed us to undertake a study on the quantitative/qualitative variation of these constituents. The results showed a correlation between the contributions of the metabolites and physicochemical parameters of the ecosystem, such as the light intensity. The ecological roles of the natural products remain to be elucidated in future investigation.

Η χημεία των θαλάσσιων φυσικών προϊόντων - δευτερογενών μεταβολιτών - 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, τον εντοπισμό των πιθανών βιολογικών δράσεων τους και την ένταξή τους σε σύγχρονους χώρους εφαρμογής. Η πραγματοποίηση των παραπάνω, συνήθως συνοδεύεται και υποβοηθείται από την μελέτη και αποσαφήνιση του οικολογικού ρόλου των ενώσεων. Το αντικείμενο της διατριβής κινείται στην επιστημονική περιοχή των θαλάσσιων φυσικών προϊόντων, η οποία αποτελεί τμήμα του ευρύτερου χώρου των φυσικών πόρων και ειδικότερα αυτών του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Με βάση ορισμένα κριτήρια επιλογής, όπως μεγάλοι πληθυσμοί, δυνατότητα και συνθήκες συλλογής, πλούσιο χημικό φορτίο, επιλέχθηκαν τρεις βενθικοί οργανισμοί, αρκετά κοινοί στις Ελληνικές θάλασσες και μελετήθηκαν ως προς τη χημεία των δευτερογενών μεταβολιτών τους. Οι οργανισμοί είναι το ροδοφύκος Laurencia obtusa και οι σπόγγοι Agelas oroides και Ircinia spinosula. 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. Aπό το ροδοφύκος L. obtusa απομονώθηκαν συνολικά δεκατέσσερις δευτερογενείς μεταβολίτες, εκ’ των οποίων πέντε νέοι και εννέα γνωστοί. Τα νέα προϊόντα είναι ο κυκλικός αιθέρας ακετογενούς βιοσύνθεσης Λαυρενσιενίνη Β και τέσσερα οξυγονωμένα και αλογονωμένα διτερπένια. Τα διτερπένια Πρεβεζόλη A, B και Πρεβεζοτριόλη Α, αποτελούν πρωτότυπες δομές (νέοι ανθρακικοί σκελετοί). Το τέταρτο διτερπένιο ανήκει στην κατηγορία των Λαβδανίων. Παράλληλα απομονώθηκαν τέσσερα σεσκιτερπένια, ένα διτερπένιο, τρία προϊόντα ακετογενούς βιοσύνθεσης και μία αλκοόλη. Από τον σπόγγο A. oroides απομονώθηκαν τέσσερεις μεταβολίτες. Η ταυτοποίηση της δομής τους επιτεύχθηκε με φασματοσκοπική ανάλυση και αντιπαράθεση των φασματοσκοπικών δεδομένων με αυτά της βιβλιογραφίας. Οι χημικές ενώσεις που απομονώθηκαν από τον οργανισμό είναι τρία αλκαλοειδή - βρωμιομένα πυρρόλια και μία 4α-μεθυλοστερόλη. Από τον σπόγγο I. spinosula απομονώθηκαν και ταυτοποιήθηκαν δύο κύρια φυσικά προϊόντα, που ανήκουν στην κατηγορία των πολυπρενυλιομένων υδροκινονών. Οι μεταβολίτες αυτοί τροποποιήθηκαν δομικά, μέσω απλών χημικών αντιδράσεων αποδίδοντας έντεκα παράγωγα. Όλες οι ενώσεις, φυσικές και μη, μελετήθηκαν φαρμακολογικά, ώστε να προσδιοριστεί η σχέση δομής - δράσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η οξείδωση των υδροκινονών σε κινόνες και η υδρογόνωση των διπλών δεσμών αυξάνει τη βιολογική δράση των μορίων. Η μελέτη της διακύμανσης των δύο υδροκινονών ανέδειξε την ποιοτική και ποσοτική συνιστώσες της. Τα αποτελέσματα δείχνουν την τάση εποχιακής διακύμανσης και εξάρτησης της βιοσύνθεσης των ενώσεων από φυσικοχημικές παραμέτρους.