Las esponjas marinas representan un filo fascinante de invertebrados marinos

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Resumen:En las últimas décadas, el medio marino se ha descubierto como un enorme reservorio de nuevos compuestos bioactivos, útiles para tratamientos medicinales que mejoran la salud y el bienestar humanos. Entre varios organismos marinos que exhiben potencial biotecnológico, las esponjas se destacaron como uno de los filos más interesantes según una amplia literatura que describe nuevas moléculas cada año. No es sorprendente que los primeros medicamentos marinos aplicados con fines médicos se aislaran de una esponja marina y ahora se usan como agentes anticancerígenos y antivirales. En la mayoría de los casos, la evidencia experimental informó que muy a menudo las comunidades asociadas y/o simbióticas producían estos compuestos bioactivos para beneficio mutuo. Hoy en día, los tratamientos de belleza se formulan aprovechando las propiedades beneficiosas que ejercen los compuestos marinos novedosos. De hecho, se registraron varias actividades biológicas aptas para tratamientos cosméticos, como actividades antioxidantes, antienvejecimiento, blanqueadoras de la piel y emulsionantes, entre otras. Aquí recopilamos y discutimos varias contribuciones científicas que informan sobre el potencial cosmecéutico de los simbiontes de esponjas marinas, que estaban representados exclusivamente por hongos y bacterias. También se incluyeron compuestos bioactivos específicamente indicados como productos del metabolismo de las esponjas. Sin embargo, el origen de los metabolitos de las esponjas es dudoso y no se puede excluir el papel de la biota asociada, considerando que el aislamiento de simbiontes representa un desafío difícil debido a sus características no cultivables.

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Palabras clave:esponjas; bacterias; hongos; antioxidante;antienvejecimiento; blanqueamiento de la piel; antimicrobiano; fotoprotección

1. Introducción

Las esponjas marinas representan un filo fascinante de invertebrados marinos, albergando una amplia comunidad simbiótica junto con una gran producción de metabolitos secundarios [1-7]. La biota asociada a esponjas puede reunir un amplio grupo de linajes filogenéticos, que incluyen arqueas, bacterias y hongos [8,9]. Las relaciones entre las esponjas y sus simbiontes mutualistas son complejas, y la producción de metabolitos secundarios bioactivos podría tener un posible papel de defensa o participar en la competencia por el espacio dentro de los hábitats bentónicos[10,11]. En general, se reconoció que las esponjas simbiontes son responsables del metabolismo y el crecimiento del huésped, la defensa química y la adaptación a los factores estresantes bióticos y abióticos[2,12-14].

El descubrimiento de metabolitos bioactivos marinos como fármacos potenciales para las industrias farmacéutica, nutracéutica y cosmecéutica impulsó varios proyectos de investigación basados ​​en la identificación de nuevos restos químicos con funciones biológicas innovadoras[15].que es la cistancheRecientemente, el campo cosmecéutico ha tenido un rápido crecimiento, ya que los consumidores han prestado mayor atención a las cremas y lociones que contienen compuestos naturales con propiedades farmacológicas [16]. Los cosmecéuticos son productos tópicos que contienen algunos ingredientes bioactivos que imitan los beneficios de los medicamentos al mejorar la función relacionada con la salud de la piel [16,17]. A escala global, la industria cosmecéutica está cambiando gradualmente a compuestos naturales por sus propiedades biocompatibles, seguras y ecológicas [18]. El éxito de las producciones cosmecéuticas depende principalmente de la seguridad; bajos costos; y la capacidad de mantener el ingrediente activo, entregarlo en una forma biológicamente activa y ejercer un efecto biológico a través de mecanismos conocidos[19]. Para superar estos últimos problemas, en particular los relacionados con propiedades químicas inadecuadas, se desarrollaron algunos métodos de encapsulación y nanoformulación para mejorar en gran medida la administración y la eficacia de los fármacos [20-25].

A pesar de que históricamente se han extraído cosmecéuticos de plantas terrestres[26-28], en las últimas décadas, varios de ellos fueron descubiertos en ambientes marinos. De hecho, el océano representa una rica fuente de ingredientes bioactivos, como vitaminas, minerales, aminoácidos, proteínas, lípidos, polisacáridos, terpenoides, polifenoles, pigmentos y enzimas, que encuentran varias aplicaciones en el campo cosmecéutico [29]. Los cosmecéuticos marinos mostraron una amplia gama de actividades beneficiosas, como antioxidantes, anti-UV, antienvejecimiento, anti-tirosinasa (blanqueamiento de la piel), antimicrobianos, cicatrizantes y propiedades emulsionantes (Figura 1)[{{8} }].

Cistanche puede antienvejecimiento

Recientemente, se ha prestado mucha atención a los antioxidantes marinos, incluidos la ciclosporina y los aminoácidos similares a la micosporina (MAA), los carotenoides y otros compuestos que exhiben múltiples funciones dentro del campo cosmecéutico [4,45]. Algunos ejemplos son los pigmentos (p. ej., carotenoides), extremadamente abundantes en el medio marino, ya que son producidos por todos los organismos autótrofos (p. ej., bacterias, arqueas, algas y hongos). Los carotenoides incluyen carotenos (p. ej., licopeno y -y -caroteno) y xantofilas (p. ej., astaxantina, fucoxantina y luteína), que mostraron actividades antioxidantes[46] protegiendo la piel de las especies reactivas de oxígeno (ROS) que normalmente se liberan dentro del organismo. después de la oxidación natural inducida por la radiación UV y el envejecimiento de la piel[42]. Dado que los compuestos sintéticospueden ejercer efectos tóxicos sobre la salud y el bienestar humanos[47], se investigó el uso potencial de los antioxidantes naturales en cosméticos[49]. Los agentes antimicrobianos y antiincrustantes que protegen contra patógenos relacionados con enfermedades de la piel, como Staphylococcus epidermis, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginous y Candida albicans, también se describieron a partir de diversas fuentes y se consideraron herramientas útiles para la formulación de productos cosméticos y dermatológicos. tratamientos [39,50-54].Cistanche antiedadAdemás, los compuestos bioactivos con actividad anti-tirosinasa encontraron varias aplicaciones en la industria cosmética, ya que la tirosinasa representa una enzima clave involucrada en la biosíntesis de melanina, y el bloqueo de su actividad enzimática podría usarse para tratamientos de blanqueamiento de la piel, cuyo uso es extremadamente popular en algunos países [55]. Los tensioactivos y emulsionantes, tanto con grupos hidrofílicos como hidrofóbicos, también podrían usarse en el campo cosmético [56,57]. Se estudiaron varios complejos de proteína-polisacárido, glicolípidos y lipopéptidos aislados de microorganismos marinos para la producción de biosurfactantes y emulsionantes [58]. Por ejemplo, el quitosano, debido a su alta capacidad de retención de agua, se propuso como humectante para la piel y agente de entrega en preparaciones cosmecéuticas de productos antienvejecimiento [59].

Los productores reconocidos de cosmecéuticos marinos son las cianobacterias, junto con las micro y macroalgas [24,60-63], con varios compuestos en ensayos clínicos o ya aprobados para el mercado [64,65]. Como se mencionó anteriormente, la microbiota asociada a las esponjas produce una plétora de compuestos bioactivos con propiedades beneficiosas para la salud humana [6]. A pesar de la gran relevancia biotecnológica, hasta el momento, solo unos pocos estudios han revisado las aplicaciones potenciales de los metabolitos simbiontes de esponjas en el campo cosmético centrándose en especies específicas de esponjas [66] o agrupando varios taxones de organismos marinos [29].

En la presente revisión, analizamos una colección de literatura científica sobre compuestos relacionados con simbiontes de esponjas que muestran actividades biológicas interesantes en el campo cosmecéutico. En particular, nos enfocamos en bacterias y hongos, que son extremadamente abundantes dentro de las comunidades asociadas a esponjas. Además, también consideramos los metabolitos de esponja, cuyas actividades biológicas se encontraron extremadamente adecuadas para formulaciones cosmecéuticas.

2. Simbiontes de esponja en el campo cosmecéutico

2.1.Bacterias

Una variedad de compuestos bioactivos descritos a partir de bacterias marinas, como policétidos, alcaloides, péptidos, proteínas, lípidos, ciclosporina y MAA, glucósidos, isoprenoides e híbridos, mostraron actividades sorprendentes, como fotoprotector, antienvejecimiento, antimicrobiano, anti -actividades oxidantes e hidratantes[58,67]. La interesante capacidad de producir algunos compuestos absorbentes de UV, incluidas las escitoneminas (exclusivamente cianobacterias), micosporinas, carotenoides y melanina, se explicó a través de posibles mecanismos evolutivos desarrollados para proteger a las esponjas de los efectos nocivos de la radiación UV [68,69].

Como se informó en la sección de introducción, los carotenoides, como el -caroteno y el licopeno, exhibieron una actividad fotoprotectora, revelando así varias aplicaciones en los campos cosmecéuticos[70]. Dharmaraj y coautores[71] investigaron el extracto carotenoide de una cepa de Streptomyces (AQBWWS1) asociada a la esponja Callyspongia diffusa recolectada en la costa oeste de Kerala (India). Su perfil químico reveló la presencia de licopeno, sugerido como un ingrediente potencial para la preparación de productos cosméticos[71].

Un nuevo xilosil éster A del ácido diapolicopenedioico, extraído de la bacteria marina Rubritalea squalenifaciens sp. nov, reveló una potente actividad antioxidante en un modelo de supresión de 'O2 con la mitad de la concentración inhibitoria máxima (IC50) de 4,1 ug/mL 【72】.beneficios de la cistancheEl alcaloide diazepinomicina también se aisló de la cepa Micromonospora sp. RV115 está asociado a la esponja Aplysina aerophoba recolectada en el Mar Mediterráneo. Esta molécula fue capaz de proteger las líneas celulares de riñón humano (HK-2) y promielocíticas humanas (HL-60) de la toxicidad y el daño genómico inducido por H2O2[73]. Los metabolitos aislados de Virgibacillus sp. asociado a la esponja C. diffusa (Golfo de Mannar) mostró actividad secuestrante de radicales 1,1-Difenil-2-Picrilhidrazilo (DPH) con ICso de 857.49 ug/mL. Además, se detectó una clara actividad captadora de radicales libres de hidroxilo y superóxido (ICso =471.07 ug/mL y 1353.28 ug/mL, respectivamente), probablemente correlacionada con la presencia de compuestos bioactivos como alcaloides, terpenoides, reductores azúcares y antraquinonas, detectadas por análisis químicos[74]. En trabajos similares, dos cepas de Vibrio (P1Ma8 y P1Ma5) y varios Bacillus sp. aisladas de las esponjas Phorbas tenacious y Tedania anhelans, respectivamente, mostraron una mayor actividad de captación de radicales libres evaluada mediante el ensayo DPPH [75,76]. Las propiedades antioxidantes de un compuesto bioactivo (Pyrrolo[1,2-alpirazina-1,4-diona, hexahidro-C-HnoN2O2) extraído de un Bacillus sp. (archipiélago de Lakshadweep en la India) también se estudió utilizando el ensayo DPPH, la actividad de eliminación del óxido nítrico (NO) y el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el poder reductor total. El compuesto activo fue capaz de eliminar H2O2 de manera dependiente de la dosis. Además, la ICso para la inhibición de NO y DPPH fue de 41,70 ug/mL y 15,025 ug/mL, respectivamente 【77】.

El cribado de bioactividad de cien biontes bacterianos aislados de varias esponjas indias condujo al aislamiento de la cepa GUVFCFM{{0}}, identificada como Chromohalobacter israe-lensis. En particular, el extracto de metanol mostró un porcentaje significativo de actividades de eliminación de DPPH (67,83 %) y superóxido (65,87 %)[78]. También se utilizaron pruebas de DPPH y cuantificación del contenido fenólico total (TPC) para evaluar la actividad antioxidante de Pseudomonas sp. extracto asociado a la esponja marina Hyrtios aff. erecciones del Mar Rojo. En particular, el ensayo DPPH mostró un 100 por ciento de inhibición en todas las cantidades probadas (50, 25, 12,5 y 6,25 mg) [79]. Además, Vijayan et al. [80] demostraron que las bacterias asociadas a las esponjas de pigmentación oscura (Haliclona pigmentifera, Sigmadocia pumila, Fasciospongia cavernosa, Spon-gia Officinalis y C. diffusa) recolectadas en el Golfo de Mannar en el Océano Índico produjeron melanina no citotóxica, con actividades antioxidantes y fotoprotectoras. Entre las cepas bacterianas que demostraron una alta producción de melanina, Vibrio alginolyticus, aislado de Hali clona pigmentifera, Sigmadocia pumila y S. officinalis, protegió a las células de fibroblastos de ratón (L929) del estrés de oxígeno reactivo intracelular inducido por UV (IC50 =9.0 ug /mL) y no ejerció citotoxicidad en células L929 y camarones en salmuera [80]. Las cepas derivadas de esponjas recuperadas de las aguas de Indonesia, HAL-08, HAL-13 y HAL-74(Haliclona sp.), así como PTR-21(Petrosia sp.), fueron evaluado utilizando los métodos DPPH y ABTS (2,2'-azinobis3-etilbenzotiazolina-6-sulfonato). Entre los aislados probados, la mayor actividad antioxidante la presentó el extracto crudo de HAL-08 con valores de ICso de 17,10 y 59,39 ug/mL para los radicales DPPH y ABTS, respectivamente. Además, PTR-21 pareció ser el agente antienvejecimiento más potente probado en la viabilidad de Schizosaccharomyces pombe [81]. También se evaluó la actividad antioxidante de las bacterias PTR-08,PTR-40,PTR-41 y PTR-47, identificadas como Pseudomonas sp. El extracto de PTR-08 exhibió las propiedades antioxidantes más altas con valores ICsn de 9.25 y 235.53 ug/mL para los radicales DPPH y ABTS, respectivamente. Curiosamente, PTR-08 moduló la longevidad de la levadura de Schizosaccharomyces pombe promoviendo los mecanismos de defensa antioxidantes correlacionados con el estrés oxidativo intracelular [82]. Los mismos autores examinaron el extracto de otra bacteria indonesia (Pseudoalteromonas flavipulchra, denominada STILL-33) asociada a la esponja Stylotella sp.Extracto de Cistanche Anti RadiaciónSTILL-33, que exhibió una alta actividad degradante de DPPH y ABTS con valores ICso de 7,80 ug/mL (DPPH) y 31,50 ug/mL (ABTS)[83].

Algunos trabajos, junto con las capacidades antioxidantes, evaluaron la actividad de inhibición del crecimiento de patógenos específicos comúnmente involucrados en infecciones de la piel. Por ejemplo, una quinolona clorada, Ageloline A, aislada de Streptomyces sp. SBT345, un simbionte bacteriano de la esponja mediterránea Agelas oroides, fue investigado por sus propiedades antimicrobianas y de eliminación de radicales. Este compuesto exhibió potencial antioxidante en una línea celular leucémica humana (HL-60) y fue capaz de reducir aún más el estrés oxidativo y el daño genómico inducido por el óxido de 4-nitroquinolina-1- (NQO). Además, Ageloline A inhibió el crecimiento de Chlamydia trachomatis de forma dependiente de la dosis con un valor de ICsn de 2,14 ug/mL [84]. También se observaron actividades antimicrobianas contra E. coli MTCC-1687, P. aeruginosa MTCC-1688, B.subtilis MICC-441 y S.aureus MICC-737 de un GSA10 cepa asociada a la esponja Halichondria glabrata (costa oeste de Mumbai, In-dia). Además, las propiedades antioxidantes se detectaron mediante la eliminación de DPPH y el ensayo de parámetro antioxidante de captura de radicales totales (TRAP). En particular, a través del ensayo TRAP, el GSA10 actuó como captador de peroxilo y el porcentaje de inhibición fue proporcional a las concentraciones de GSA10 [85]. En un trabajo reciente, el extracto metanólico crudo y las fracciones de la cepa Bacillus 2011SOCCUF3 aisladas de la esponja S. officinalis (Cortiou y Riou, Francia) exhibieron actividades antioxidantes y antimicrobianas. En particular, el ensayo DPPH mostró una actividad depuradora dependiente de la dosis, con un porcentaje de inhibición del 38,9-49,1 por ciento (10-50 mg/mL), y el método de difusión en pozos de agar reveló un alto efecto inhibitorio contra C.albicans en un rango de concentración de 2.5-20mg/mL[86].

Se evaluaron las propiedades antienvejecimiento y blanqueadoras de la piel de los extractos crudos de simbiontes bacterianos de Scopalina hapalia (costas sureste de Mayotte) en varios objetivos, que incluyen elastasa, tirosinasa, catalasa, sirtuina 1 (Sirt1), quinasa dependiente de ciclina 7 (CDK7), fyn quinasa y proteasoma[66]. En particular, el aislado SH-82(Micromonospora fluostatini) exhibió suficiente inhibición de la actividad de la elastasa, mientras que SH-89 ejerció propiedades antimelanogénicas significativas mediante la inhibición de la tirosinasa (58,33 por ciento). Los extractos de SH-82 y SH-100 (Bacillus licheniformis) mostraron los activadores más potentes de la actividad de Sirtl. Además, cuatro cepas de Bacillus y tres extractos de Salinispora arenicola exhibieron actividades antioxidantes e inhibidoras de CDK7 apreciables, respectivamente. Se informaron resultados sorprendentes de S.hierba de cistanchearenicola (SH{{0}}EA-SM) y B.licheniformis (SH-04-EA-SM), inhibiendo la actividad de Fyn en las tres concentraciones probadas (0.{{ 8}}33,0.0033 y 0.00033 ug/mL). En contraste, los extractos crudos de SH-45, SH-54, SH-78 y SH{ {13}} exhibió una ligera actividad detectada solo en la concentración más alta (0.033 ug/mL). En general, los autores han propuesto estas bacterias derivadas de esponjas como fuentes adecuadas de nuevos agentes blanqueadores y antienvejecimiento de la piel [66].

Como se mencionó anteriormente (consulte la sección de introducción), los biosurfactantes microbianos mostraron propiedades adecuadas para las formulaciones para el cuidado de la piel[57]. Por ejemplo, Dhasayan et al.[87] evaluaron las características humectantes de varias cepas aisladas de la esponja india C. diffusa. En particular, MB-30 (Halomonas sp.) y MB-D9 (Alcaligenes sp.) exhibieron la mayor actividad de emulsificación después de 48 h de incubación, mientras que MB-7 (Bacillus subtilis) y MB{{ 8}} (Bacillus amyloliquefaciens) aislados mostraron las mismas propiedades después de 72 h de incubación, lo que sugiere que los compuestos bioactivos probablemente se secretan durante la fase estacionaria de crecimiento [87]. Además, en un trabajo reciente, una cepa bacteriana (Bacillus niabensis, My-30) asociada a la esponja Mycale ramulosa (Golfo de California) mostró una clara actividad en el ensayo de caída colapsante y propiedades de emulsificación con alta estabilidad durante 24 h. , en comparación con el control (dodecilsulfato de sodio, SDS). Además, los sobrenadantes de My-30 demostraron una actividad antiincrustante prometedora, con valores de concentración inhibitoria mínima (MIC) de 1-2 por ciento (v/v), contra Bacillus subtilis, Micrococus sp. y Sagittula stellata [88].

Este artículo está extraído de Mar. Drugs 2021, 19, 444. https://doi.org/10.3390/md19080444 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs