Estrazione e caratterizzazione di polisaccaridi solforati da spugne marine e loro applicazioni biotecnologiche

Abstract

Le spugne sono una delle più promettenti fonti marine di composti bioattivi. Tra i composti naturali di origine marina, i polisaccaridi, in particolare quelli solforati, hanno mostrato promettenti applicazioni biotecnologiche e quelli estratti dalle alghe sono ampiamente utilizzati nel settore alimentare, medico e cosmetico. Tali composti mostrano un’ampia varietà di attività biologiche, tra cui proprietà antibiotiche, antifungine, antivirali e antifouling. In questo studio sono stati estratti, caratterizzati brevemente e testati i polisaccaridi solforati da quattro specie di spugne marine, Chondrilla nucula, Chondrosia reniformis, Geodia cydonium e Petrosia ficiformis, per valutarne le potenziali applicazioni biotecnologiche. Durante il lavoro sperimentale gli estratti sono stati testati per le loro attività come anti-biofilm, coadiuvanti per il rimarginamento della ferita e deterrenti per l’adesione dei batteri ai cheratinociti umani. I risultati hanno evidenziato differenze tra le quattro specie di spugne sia nella resa di estrazione dei polisaccaridi solforati, sia nella loro caratterizzazione qualitativa in termini di densità di carica. La valutazione della loro attività come agenti antibatterici contro l’adesione dei batteri alle cellule umane ha rivelato che i polisaccaridi di tutte le spugne analizzate inibiscono significativamente l’adesione del batterio E. coli ai cheratinociti umani. Al contrario, i test antibiofilm, condotti sui batteri Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa, non hanno evidenziato effetti significativi. Infine, considerando che le ferite rappresentano uno dei problemi sanitari più comuni a livello mondiale e che i polisaccaridi naturali possiedono proprietà rigenerative, è stata valutata la capacità degli estratti di favorire il processo di guarigione. Tuttavia, nessuno dei polisaccaridi solforati testati ha mostrato avere questa abilità sulla linea cellulare testata (cheratinociti HaCat).

Sponges are one of the most promising marine sources of bioactive compounds. Among the natural compounds derived from marine resources, polysaccharides, more specifically sulphated polysaccharides, showed promising biotechnological potential and the ones derived from marine algae are widely used in food, medicine and cosmetics. These compounds exhibit a wide range of biological properties, including antibiotic, antifungal, antiviral and antifouling activity. In this thesis, we have extracted the sulphated polysaccharides from four species of marine sponges: Chondrilla nucula, Chondrosia reniformis, Geodia cydonium and Petrosia ficiformis, and tested them for their biotechnological potentials. During the thesis experimental time the extracts were tested for their anti-biofilm formation activity, wound healing properties and as deterrent for the adhesion of bacteria to human cells. The four different sponges revealed to have a different yield for the sulphated polysaccharides, which also displayed a different qualitative characterization in term of charge density. The anti-attachment test was performed on the bacteria E. coli, revealing that all the sponges polysaccharides significantly inhibit the bacterial adhesion to the human keratinocytes (HaCat), whereas the antibiofilm test against the bacteria Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa was not successful. Considering that wound injuries are the most common health problem worldwide and that natural polysaccharides have regenerating properties, we tested if the sulphated polysaccharides extracted from the sponges could increase the speed of the healing process. We concluded that none of the tested extracts have this ability on the tested cell line (HaCaT keratinocytes). This research was carried out in the Molecular Biology and Marine Biotechnologies Laboratory of the Department of Earth, Environment and Life Sciences (DiSTAV), University of Genova.