Pharmacological properties of diatoms of the genus Skeletonema



Cite item

Full Text

Abstract

Diatoms of the genus Skeletonema are a new source of high-value metabolites, potentially suitable for use in various industries, including the pharmaceutical sector and medicine. Representatives of this genus are easily renewable, resistant to various environmental factors, therefore, they are the object of fundamental and applied study in many aspects.

Skeletonema sp. exhibits various types of pharmacological activity. Thus, the antimicrobial effect of Skeletonema sp. in relation to Streptococcus pyogenes, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Fusarium moniliforme, Cutibacterium acnes, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium bovis. Skeletonema sp. can be used in dermatovenereology and pulmonology due to antimicrobial effect of pheophorbide in microalgae chemical composition. Pronounced antioxidant and anti-inflammatory activity of Skeletonema sp. may be due to exopolysaccharides, phenolic compounds, ascorbic acid and pigments. A number of studies show the possibility of using biologically active compounds of the Skeletonema river representatives (monoacylglycerols, polyunsaturated aldehydes, oxoacids, fucoxanthin) as promising anti-cancer agents and have promising potential for the treatment of colon cancer, histiocytic lymphoma, prostate cancer and melanoma. Osteoprotective action is based on the ability to modulate the immune response and inhibit osteoclastogenesis, expanding the range of treatments for osteoporosis and other diseases of the musculoskeletal system caused by inflammation. The anticonvulsant activity of Skeletonema sp. Extract was also revealed, apparently due to the presence of inosine, which can find its application in the treatment of neurological disorders.

This review includes an analysis of 32 domestic and foreign literature sources posted in the open database eLIBRARY and PubMed and devoted to the study of chemical composition and pharmacological properties of Skeletonema sp. This work will help assess the relevance and prospects of further research of diatoms of the genus Skeletonema as a source of valuable biologically active substances and their therapeutic potential.

Full Text

Актуальность

Диатомовые водоросли – группа одноклеточных эукариотических организмов, отличающихся наличием «панциря» из диоксида кремния и играющих ключевую роль в Мировом океане в качестве основных первичных продуцентов. С одной стороны, диатомеи часто рассматриваются, как негативный фактор, вызывающий «цветение» воды. С другой стороны, данные организмы считаются новым и привлекательным источником высокоценных метаболитов, потенциально пригодных для использования в различных отраслях промышленности, в том числе в фармацевтическом секторе и медицине. Простота культивирования и высокая скорость роста, способность к быстрой адаптации и перестройке обменных процессов, позволяющая выжить в стрессовых условиях, расширяют их применение в качестве лекарственного сырья. Кроме того, они исследуются в качестве источника углеродно-нейтрального биотоплива, функциональных продуктов, косметических средств, наноматериалов, удобрений, а также в целях фиторемедиации. Прогресс в знаниях о клеточной и молекулярной биологии диатомовых водорослей рассматривается как ключевой шаг к пониманию регуляции их жизненного цикла в морской среде и содействию их полной и прибыльной эксплуатации биотехнологическими платформами [1, 2, 3, 4].

Род диатомей Skeletonema распространен по всему миру и часто является важной составляющей сообщества фитопланктона [5]. Так, вид Skeletonema costatum - космополитический морской диатом, в основном встречающийся в прибрежных регионах, и являющийся одним из самых многочисленных представителей рода. Это эвритермный и эвригалинный вид, поэтому имеет широкое распространение в Мировом океане. В течение нескольких последних десятков лет, в конце февраля – начале марта, вызывал «цветение» воды в прибрежных водах Черного моря в районе Крымского полуострова [2]. Другой вид Skeletonema marinoi также имеет всемирное распространение. В том числе, чрезвычайно распространена в Балтийском море во время весеннего «цветения» воды. S. marinoi оказалась высокоэвригалинным видом, штаммы которого способны поддерживать рост при солености от 7 до 33 ‰ [6]. Кроме того, распространены такие виды, как S. dohrnii, S. pseudocostatum, Skeletonema japonicum, Skeletonema grevillea.

Представители р. Skeletonema являются легко возобновляемыми, устойчивыми к различным факторам окружающей среды и экономически выгодными, поэтому являются объектом фундаментального и прикладного изучения во многих аспектах. В связи с вышесказанным целью данной работы явился поиск, систематизация и анализ данных, полученных из отечественных и зарубежных источников, посвященных исследованию биологически активных веществ и фармакологических свойств диатомей рода Skeletonema, для оценки перспектив применения в медицинской и фармацевтической практике.

Высокая ценность Skeletonema sp. как лекарственного сырья обуславливается его химическим составом. Исследования химического состава данной таксономической группы показывают, что Skeletonema sp. может служить источником разнообразных фармакологически активных органических веществ. Учеными подтверждена возможность использования препаратов на основе представителей данного рода микроводорослей в медицинской практике.

Антимикробная активность

В опытах in vitro установлено, что этанольный экстракт Skeletonema marinoi проявлял высокую фототоксичность против трех видов бактерий, связанных с акне - Cutibacterium acnes, Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis, как при воздействии белого, так и красного света. Данный экстракт проявлял фототоксичность и в отношении кератиноцитов, что подчеркивает важность нанесения препарата конкретно на целевую область лечения, корректировки концентрации экстракта, а также адекватной регулировки интенсивности света для уменьшения побочных эффектов для кожи. Дальнейшие исследования, основанные на фракционировании и структурном анализе высокого разрешения, показали связь наблюдаемой фототоксичности с высокой концентрацией феофорбида (продукт распада хлорофилла) в экстракте. Также показано, что экстракт уменьшал образование кожного сала. Таким образом, препараты Skeletonema marinoi обладают многообещающим потенциалом в лечении акне методом целевой антибактериальной фотодинамической терапии [7].

Lauritano C. и соавт. выявили, что экстракт Skeletonema costatum обладает противотуберкулезной активностью, которую определяли с использованием Mycobacterium tuberculosis и Mycobacterium bovis. Противотуберкулезный эффект наблюдался только для экстрактов водорослей, культивированных в контрольных условиях и условиях фосфатного голодания, в то время как состояние азотного голодания не приводило к проявлению противотуберкулезной активности. Извлечения, полученные методом экстракции с амберлитовой смолой Amberlite XAD16N (Sigma-Aldrich), из водорослей, выращенных в условиях фосфатного голодания, подавляли рост M. bovis на 91% в концентрации 800 мкг/мл. Органические экстракты, полученные экстракцией ацетоном и хлороформом, выращенные в контрольных условиях, показали зависимое от концентрации ингибирование как M. tuberculosis, так и M. bovis (при 800 и 200 мкг/мл как против M. tuberculosis, так и против M. bovis), в то время как экстракты, полученные из водорослей при фосфатном голодании, были активны только при самой высокой концентрации (800 мкг/мл против M. tuberculosis и M. bovis). Были протестированы как органические, так и водные экстракты. Обнаружено, что только органические экстракты были активными в отношении микобактерий. Органические экстракты не были токсичными для нормальных клеточных линий человека [1, 8]. Наблюдаемую биологическую активность авторы также связывают с феофорбидом А, 10-гидроксифеофорбидом и 1- (4,7,10,13-гексадекатетраеноат)-3-O-β-D-галактопиранозилглицерином [1].

Показано, что этанольный экстракт Skeletonema costatum эффективен против Streptococcus pyogenes, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, а также проявляет выраженную противогрибковую активность, в частности, против Fusarium moniliforme [9]. Ученые провели скрининг штаммов S. costatum FE85 и FE25 против E. coli, P. aeruginosa, S. aureus, E. faecalis и Streptococcus B, но не обнаружили никакой активности. [10].

Противоопухолевая активность

Рак является основной причиной смертности во всем мире, поэтому постоянно идет поиск новых и эффективных терапевтических средств. Морские диатомовые водоросли считаются важным источником новых противораковых агентов с огромным лечебно-профилактическим потенциалом [11]. Так, моноацилглицериды, выделенные из Skeletonema marinoi, через 24 ч проявляют мощное противоопухолевое действие на клеточные линии рака толстой кишки (HCT-116) и гистиоцитарной лимфомы человека (U-937) с IC50 5 мкг/мл, без влияния на нормальные клетки. Моноацилглицериды вызывают гибель клеток путем индукции апоптоза в клетках HCT-116 и U-937 посредством активации каспазы 3/7. Смесь моноацилглицеридов, состоящая из ненасыщенных жирных кислот – эйкозапентаеновой (C20:5) и докозагексаеновой (C22:6), проявляет фармакологические эффекты при аденокарциноме легких и колоректальной аденокарциноме [11, 12]. Эйкозапентаеновая и пальмитолеиновая кислота (C16:1) являются наиболее распространенными жирными кислотами в химическом составе всех изученных видов Skeletonema (S. marinoi, S. dohrnii и S. pseudocostatum), которые составили 45-55% от общего количества жирных кислот. Santaniello G. и соавт. проведен качественно-количественный анализ моноацилглицеролов в 12 видах микроводорослей, включая диатомеи и динофлагелляты. Среди всех видов исследованных микроводорослей лучшими источниками этих соединений явились представители рода Skeletonema (S. marinoi FE7, S. dohrnii и S. pseudocostatum), которые показали высокий уровень моноацилглицеролов C20:5 (0,57, 0,57 и 0,43 мкг/мг соответственно). Для S. pseudocostatum отмечен значительный уровень моноацилглицеролов C22:6 (0,28 мкг/мг) [4]. Высокое содержание моноацилглицеридов, а также свободных ω-3 полиненасыщенных жирных кислот – эйкозапентаеновой и докозагексаеновой, отмечено в химическом составе Skeletonema marinoi и рядом других исследователей [12, 13].

Lauritano C. и соавт. была оценена антипролиферативная активность экстракта S. marinoi (штамм FE60) на клетках A2058 меланомы человека. Показано, что экстракт вызвал значительное снижение выживаемости клеток при концентрации 100 мкг/мл. Также показано, что S. marinoi FE60 ингибирует выживание клеток в зависимости от дозы. Кроме того, протестированы два различных клона S. marinoi (FE6, выделенные в 1997 году, и FE60, выделенные в 2005 году в Адриатическом море). Известно, что оба штамма продуцируют вторичные метаболиты, такие как короткоцепочечные полиненасыщенные альдегиды и другие кислородсодержащие продукты разложения жирных кислот, такие как гидроксиды, оксокислоты, эпоксиспирты и гидропероксиды [10]. Рядом исследователей отмечено, что S. marinoi может являться источником полиненасыщенных альдегидов, таких как 2,4-гептадиеналь и 2,4-октадиеналь [14, 15], а также обнаружены две насыщенные жирные оксокислоты: 7-оксогептадекановая кислота и 9-оксогептадекановая кислота [16]. Установлено, что альдегиды, изолированные от FE6, проявляют антипролиферативную активность в отношении клеток карциномы толстой кишки. Интересно, что экстракты FE6 не показали активности для клетки меланомы человека (A2058). С другой стороны, FE60 был активен против клеток меланомы только когда был выращен в среде с недостатком азота, в то время как в условиях фосфатного голодания экстракты FE60 не были активными. Эти результаты еще раз подтверждают, что такие условия окружающей среды, как наличие питательных веществ, может изменить клеточный метаболизм, усиливая или уменьшая синтез тех или иных метаболитов [10]. Опыты in vitro показали, что жирные оксокислоты способны ингибировать рост клеток карциномы легких человека A549. 6-оксостеариновая и 7-оксостеариновая кислоты показали самую высокую ингибирующую способность роста клеток, подавляя экспрессию как сигнального белка и активатора транскрипции STAT3, так и транскрипционного фактора c-myc, которые являются критическими регуляторами роста и пролиферации клеток. Таким образом, природные насыщенные оксокислоты, в том числе, из морских диатомовых водорослей, могут играть роль в терапии онкологических заболеваний [17].

Luana Calabrone и соавт. обнаружили, что экстракт Skeletonema marinoi и чистый фукоксантин in vitro ингибируют рост клеток рака предстательной железы и ингибирует образование сосудистых сетей и васкулогенную мимикрию эндотелиальных клеток. Фукоксантин представляет собой наиболее распространенный каротиноид, содержащийся в диатомовых водорослях, в том числе Skeletonema marinoi. Фукоксантин подавлял экспрессию генов, кодирующих белки, участвующие в процессах ангиогенеза и воспаления, таких как ангиопоэтин 2, хемокин CXCL5, трансформирующий фактор роста бета (TGFβ), интерлейкин-6, сигнальный белок и активатор транскрипции STAT3, матриксная металлопротеиназа-1 (MMP1), тканевые ингибиторы матриксных металлопротеиназ TIMP1 и TIMP2, как в клетках простаты, так и в эндотелиальных клетках. Данные результаты демонстрируют большой химиопрофилактический потенциал экстракта Skeletonema marinoi, содержащий высокие дозы пигмента, на клеточных линиях рака простаты. Экстракт микроводорослей и фукоксантин могут эффективно ингибировать пролиферацию, способствовать апоптозу, а также подавлять сосудистую мимикрию в клетках опухоли. Более того, они, по-видимому, способны снижать миграционную способность и экспрессию генов, участвующих в воспалительных и ангиогенных процессах эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC), стимулированных фактором некроза опухоли-альфа [18].

Органический экстракт морского диатома Skeletonema costatum был изучен in vitro на предмет его влияния на асинхронные клетки человеческой немелкоклеточной бронхопульмонарной карциномы. Рост клеток, по-видимому, ингибировался в фазе G1 клеточного цикла, и остановка роста была необратимой [19].

Satheeswaran Thangaraj и соавт. секвенировали транскриптом Skeletonema dohrnii при фактической (21 °C, 400 ppm) и повышенной (25 °C, 1000 ppm) температуре. Показано, что повышенная температура и концентрация CO2 оказывает стимулирующий эффект на рост биомассы и содержание пигментов у S. dohrnii. Среди дифференциально экспрессируемых транскриптов обнаружена значительная модуляция ABC-транспортеров, включая активацию белка множественной лекарственной устойчивости в 8,08 раза, плейотропной лекарственной устойчивости в 5,58 раза, белка резистентности рака молочной железы в 9,0 раза и липид-переносящих белков в 7,23 раза. Избыточная экспрессия этих транспортеров путем объединения стрессовых условий под воздействием повышенной температуры и pCO2 может иметь важное значение для получения потенциальных противораковых препаратов [20].

Вышеперечисленные исследования открывают путь для возможного использования биологически активных соединений представителей р. Skeletonema в качестве потенциальных противораковых агентов или в качестве предшественников для генерации новых и более мощных и селективных соединений против опухолевых клеток.

Антиоксидантная и противовоспалительная активность

В настоящее время широкий интерес приобрел вопрос получения комплекса биологически активных веществ с антиоксидантной активностью из микроводорослей. Богатый антиоксидантный состав открывает перспективы для получения фармацевтических субстанций на основе антиоксидантных комплексов представителей рода Skeletonema. Психрофильная микроводоросль Skeletonema pseudocostatum, отобранная из природных источников в акватории Балтийского моря в Калининградской области, проявляла наибольшую антиоксидантную активность по сравнению с другими исследуемыми микроводорослями (Thalassiosira pseudonana и Fragilariopsis kerguelensis) и цианобактериями (Aphanizomenon gracile и Anabaena cylindrica). Антиоксидантная активность определялась методом анализа активности поглощения катион-радикалов 2,2'-азино-бис-(3-этилбензтиозолин-6-сульфокислоты) диаммониевой соли (ABTS), радикалудерживающей способности с использованием реактива 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (DPPH) и хелатной активности (FRAP) с помощью спектрофотометрии. Установлено, что в состав антиоксидатного комплекса микроводоросли входят эндо- и экзополисахариды [21]. Суммарное количество экзополисахаридов (пуллулана, декстрана, альгината, фукоидана, каппа-каррагинана и йота-каррагинана) Skeletonema pseudocostatum составило 41,5±1,2 мкг/г, причем по содержанию фукоидана и каппа-каррагинана Skeletonema pseudocostatum превосходила данные показатели для микроводоросли Fragilariopsis kerguelensis, Thalassiosira pseudonana и  цианобактерий Aphanizomenon gracile и Anabaena cylindrica [21, 22].

Исследования Arianna Smerilli и соавт. прибрежной диатомовой водоросли Skeletonema marinoi продемонстрировали комбинированный эффект спектрального состава и интенсивности света на различные механизмы, участвующие в защите от светового и окислительного стресса путем усиления антиоксидантной защиты. Выявлена ключевая роль красного света в определении защитной стратегии клеток. Активность антиоксидантных ферментов, таких как каталаза, аскорбатпероксидаза и супероксиддисмутаза, усиливалась под воздействием красного и синего света. Биосинтез антиоксидантных веществ, таких как фенольные соединения и аскорбиновая кислота, интенсифицировался под воздействием сильного монохроматического синего света, которые, очевидно, действуют параллельно с фотозащитным ксантофилловым циклом, в отличие от антиоксидантных ферментов. Показано, что количество пигментов: диадиноксантина, диатоксантина и β-каротина достоверно коррелировало с интенсивностью света, воспринимаемого клетками. Данное исследование представляет ценную информацию о манипулировании световой средой для максимального увеличения продукции биологически активных молекул в культурах диатомовых водорослей [23].

Методом нейтрализации ABTS-радикала показана антиоксидантная активность аскорбиновой кислоты, фенолов и флавоноидов S. marinoi при световом стрессе [24]. Корреляционный анализ в исследованиях Foo S.C. и соавт. показал, что антиоксидантный эффект S. costatum также значительно коррелировал (p <0,05) с содержанием каротиноидов (фукоксантина) и фенольных кислот (галловой кислоты) [25]. Calabrone L. и соавт. выявили, что содержание фукоксантина в Skeletonema marinoi колеблется в диапазоне от 40 до 290 фемтограмм на клетку в зависимости от освещенности [18].

Результаты исследований Bhattacharjya R. и соавт. показали, что Skeletonema marinoi является значимым продуцентом фукоксантина и ω-3 жирных кислот, способствующих проявлению выраженной антиоксидантной и антибактериальной активности [13].

Исследована антиоксидантная активность диатомовых водорослей Skeletonema grevillei, культивируемых в биореакторе, на разных фазах роста (после 192 и 312 часов). Биомассу экстрагировали 70% этанолом под действием ультразвука, антиоксидантную способность оценивали с помощью радикала DPPH и методом определения показателя антиоксидантной ёмкости продуктов (ORAC). Показано также, что удлинение периода культивирования оказало прямое влияние на увеличение антиоксидантного эффекта экстракта. Самое значительное ингибирование DPPH (11,4 ± 1%) и значения ORAC (93,3 ± 8,4 мМ TE) были получены для экстракта S. grevillei, выделенного из биореактора через 312 часов. Полученные результаты способствуют возможности использования S. grevillei для разработки продуктов и лекарственных средств с выраженными антиоксидантными свойствами [26].

Гексановые фракции этанольного экстракта Skeletonema sp. могут служить источником хелатирующих соединений металлов, играющих значительную роль в антиоксидантных и нейропротекторных механизмах. Гексановые фракции этанольного экстракта демонстрировали самую высокую хелатирующую активность относительно ионов кальция по сравнению с другими фракциями. Соединения с амино-, карбоксильными и фосфорными группами могут отвечать за кальцийсвязывающую активность. Гексановые фракции могут играть значительную роль в нейропротекторных эффектах, так как внутриклеточная перегрузка кальцием связана с нейробиологией нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Таким образом, экстракты/соединения с кальций-хелатирующей способностью могут способствовать восстановлению баланса и гомеостаза кальция, обеспечивая тем самым нейропротекторный эффект. Самая высокая хелатирующая способность в отношении ионов кальция отмечена для этанольного экстракта со значением концентрации полумаксимального ингибирования IC50 = 0,0638 мг/мл, для этилацетатного экстракта - 0,0906 мг/мл [27].

Alfonsina Milito и соавт. впервые идентифицировали и охарактеризовали овотиол B - производное 5-тиогистидина, в Skeletonema marinoi. Благодаря положению тиольной группы на имидазольном кольце гистидина эти соединения проявляют антиоксидантные свойства. Они раскрывают очень многообещающий фармакологический потенциал благодаря своим антипролиферативным и противовоспалительным свойствам, а также антифиброзной активности, не всегда связанной с их антиоксидантным эффектом [28].

Остеопротекторное действие

Воздействие на иммунные пути для предотвращения потери костной массы представляет собой перспективную, но пока недостаточно изученную терапевтическую стратегию. Этанолорастворимая фракция, полученная из лиофилизированной биомассы Skeletonema costatum, была исследована на предмет её способности модулировать иммунный ответ и ингибировать остеокластогенез. Её эффекты оценивали на модели регенерации костной ткани хвостового плавника у рыб данио-рерио, RANKL-индуцированной модели остеопороза у медаки и in vitro с использованием мышиных макрофагов RAW 264.7. Известно, что лиганд рецептора-активатора ядерного фактора каппа-В (RANKL) - центральный молекулярный драйвер дифференцировки остеокластов. Для выявления молекулярных путей было проведено транскриптомное профилирование регенерирующих бластем плавников через 24 часа после ампутации. У данио-рерио обработка экстрактом S. costatum подавляла привлечение предшественников остеокластов и изменяла динамику минерализации, приводя к увеличению площади минерализованной ткани. Транскриптомное профилирование выявило снижение экспрессии генов, участвующих в воспалении, активации Т-клеток и активности макрофагов в остеокластогенезе, что сопровождалось снижением экспрессии хемокинов и цитокинов, способствующих привлечению и слиянию предшественников остеокластов. У медаки экстракт Skeletonema costatum значительно снижал потерю костной ткани позвонков и усиливал минерализацию невральной дуги с высокой экспрессией RANKL. In vitro этанольный экстракт ингибировал пролиферацию и остеокластическую дифференцировку мышиных макрофагов RAW 264.7, подвергшихся воздействию RANKL, не вызывая цитотоксичности. Этанольный экстракт Skeletonema costatum оказывал проостеогенное действие на личинки и молодь рыбок данио, а также на остеобластические клеточные линии рыб.

Полученные данные позволяют идентифицировать S. costatum как источник биоактивных иммуномодулирующих соединений, способных воздействовать на ключевые остеоиммунные механизмы. Такие стратегии могли бы расширить спектр безопасных методов лечения остеопороза и других заболеваний скелета, вызванных воспалением, дополняя и потенциально усиливая существующие антирезорбтивные и анаболические терапевтические методы [29, 30].

Противосудорожная активность

Показана противосудорожная активность экстракта S. marinoi на модели эпилепсии рыбок данио с судорогами, индуцированными пентилентетразолом. Лиофилизированную культуру S. marinoi экстрагировали растворителями с возрастающей полярностью (гексан, дихлорметан, метанол и вода) и проверяли на противосудорожную активность. Метанольный экстракт показал наиболее выраженную противосудорожную активность, уменьшая двигательную активность до 55% во всех тестируемых концентрациях (10 мкг/мл, 30 мкг/мл, 100мкг/мл). Водный экстракт также снижал двигательную активность при концентрации 10 и 30 мкг/мл, в то время как при 100 мкг/мл он вызывал токсичность и увеличивал движение рыбы. Дихлорметановый экстракт не был активным и демонстрировал значительное увеличение двигательной активности при всех тестируемых концентрациях. Гексановый экстракт был токсичен для личинок при 30 и 100 мкг/мл. Ключевой противосудорожный компонент был идентифицирован как нуклеозид инозин - агонист аденозиновых рецепторов [31].

В более ранних исследованиях было показано, что водные экстракты микроводоросли Skeletonema costatum в дозах 310 и 620 мг/кг работает как антидопаминергический препарат с антихолинергическими свойствами, который не вызывает каталепсии и обладает заметной мышечной расслабляющей активностью [32].

Заключение

Диатомовые водоросли рода Skeletonema могут считаться важным источником широкого спектра биологически активных соединений. Ряд исследований показал возможность использования как экстрактов, полученных на основе Skeletonema sp., так и выделенных индивидуальных веществ в качестве перспективных лекарственных средств для терапии различных заболеваний. Так, препараты Skeletonema sp. обладают многообещающим потенциалом для лечения акне и туберкулеза. Причем антимикробная активность экстрактов водоросли в отношении Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium bovis, Cutibacterium acnes, Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis может быть связана с высокой концентрацией феофорбида. Мощное противоопухолевое действие на клеточные линии рака толстой кишки, гистиоцитарной лимфомы, рака предстательной железы, меланомы человека может быть обусловлено значительным содержанием моноацилглицеридов, оксокислот, фукоксантина. Антиоксидантная и противовоспалительная активность экстрактов обусловлена наличием фенольных соединений, аскорбиновой кислоты, эндо- и экзополисахаридов и пигментов. К ключевым компонентам экстракта, обусловливающим противосудорожный эффект, отнесен нуклеозид инозин - агонист аденозиновых рецепторов. Кроме того, показана остеопротекторная активность экстракта Skeletonema sp., как источника биоактивных иммуномодулирующих соединений при поиске новых безопасных препаратов для лечения остеопороза.

Таким образом, диатомовые водоросли рода Skeletonema являются перспективными кандидатами для дальнейших исследований в направлении определения возможности их использования в медицинской и фармацевтической практике. Новые научные данные и прогресс в исследованиях открывает новые горизонты их применения.

×

About the authors

Elena Mikhailova

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «N.N. Burdenko Voronezh State Medical University» of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: milenok2007@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1862-065X

PhD (Biology), Associate Professor of the Department of Organization of Pharmaceutical Business, Clinical Pharmacy and Pharmacognosy

Russian Federation, 394036, Voronezh region, Voronezh, Studencheskaya street, 10

Sergey S. Popov

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «N.N. Burdenko Voronezh State Medical University» of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Email: popov-endo@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4438-9201

Grand PhD (Medical sciences), associate professor, Head of the Department of Organization of Pharmaceutical Business, Clinical Pharmacy and Pharmacognosy

Russian Federation, 394036, Voronezh region, Voronezh, Studencheskaya street, 10

Tatyana A. Bredikhina

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «N.N. Burdenko Voronezh State Medical University» of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Email: bredichina-tat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2300-0313

PhD (Pharmacy), Associate Professor of the Department of Organization of Pharmaceutical Business, Clinical Pharmacy and Pharmacognosy

Russian Federation, 394036, Voronezh region, Voronezh, Studencheskaya street, 10

References

  1. Lauritano C, Martín J, de la Cruz M, Reyes F, et al. First identification of marine diatoms with anti-tuberculosis activity. Sci Rep. 2018;8(1):2284. doi: 10.1038/s41598-018-20611-x
  2. Alatartseva OS, Stelmakh LV, Babich II. Species identification and physiological state of the black sea microalgae Skeletonema costatum in ecological monitoring systems. Sistemy kontrolya okruzhayushchej sredy. 2023;1(51):89-98. (In Russ.) [Алатарцева О.С., Стельмах Л.В., Бабич И.И. Видовая идентификация и физиологическое состояние черноморской микроводоросли Skeletonema costatum в системах экологического мониторинга. Системы контроля окружающей среды. 2023;1(51):89-98]. doi: 10.33075/2220-5861-2023-1-89-98
  3. Mitishev AV, Vodopyanova OA, Kurdyukov EE, et al. A review of current research in the field of chemistry and pharmacology of algae. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya. 2023;13(2):184-196. (In Russ.) [Митишев А.В., Водопьянова О.А., Курдюков Е.Е., и др. Обзор современных исследований в области химии и фармакологии водорослей. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023;13(2):184-196]. doi: 10.21285/2227-2925-2023-13-2-184-196
  4. Santaniello G, Falascina G, Ziaco M, et al. Distribution and level of bioactive monoacylglycerols in 12 marine microalgal species. Mar Drugs. 2024;22(6):258. doi: 10.3390/md22060258
  5. Maric Pfannkuchen D, Godrijan J, Smodlaka Tankovic M, et al. The ecology of one cosmopolitan, one newly introduced and one occasionally advected species from the genus Skeletonema in a highly structured ecosystem, the Northern Adriatic. Microb Ecol. 2018;75(3):674-687. doi: 10.1007/s00248-017-1069-9
  6. Sefbom J, Kremp A, Hansen P, et al. Local adaptation through countergradient selection in Northern Populations of Skeletonema marinoi. Evolutionary Applications. 2022;16(1):311–320. doi: 10.1111/eva.13436
  7. Berard JB, Ouk TS, Sol V, et al. Phototoxicity of the ethanolic extract of Skeletonema marinoi for the dermocosmetic improvement of acne. Mar Drugs. 2024 Jul 27;22(8):343. doi: 10.3390/md22080343
  8. Ognistaia AV, Markina ZhV, Orlova TYu. Antimicrobial activity of marine microalgae. Russian Journal of Marine Biology. 2022;48(4):219-232. (In Russ.) [Огнистая А.В., Маркина Ж.В., Орлова Т.Ю. Антимикробная активность морских микроводорослей. Биология моря. 2022;48(4):219-232]. doi: 10.31857/S0134347522040076
  9. Sushanth V, Rajashekhar M. Antioxidant and antimicrobial activities in the four species of marine microalgae isolated from Arabian Sea of Karnataka Coast. Indian Journal of Geo-Marine Sciences. 2015;44(1):69-75.
  10. Lauritano C, Andersen J, Hansen E, et al. Bioactivity Screening of Microalgae for Antioxidant, Anti-Inflammatory, Anticancer, Anti-Diabetes, and Antibacterial Activities. Frontiers in Marine Science. 2016;3:1-12. doi: 10.3389/fmars.2016.00068
  11. Hussein, H.A., Abdullah, M.A. Anticancer compounds derived from marine diatoms. Mar. Drugs 2020;18(7):356. doi: 10.3390/md18070356
  12. Miceli M, Cutignano A, Conte M, et al. Monoacylglycerides from the diatom Skeletonema marinoi induce selective cell death in cancer cells. Mar Drugs. 2019;17(11):625. doi: 10.3390/md17110625
  13. Bhattacharjya R, Kiran Marella T, Tiwari A, et al. Bioprospecting of marine diatoms Thalassiosira, Skeletonema and Chaetoceros for lipids and other value-added products. Bioresour Technol. 2020;318:124073. doi: 10.1016/j.biortech.2020.124073
  14. Vidoudez C, Nejstgaard JC, Jakobsen HH, et al. Dynamics of dissolved and particulate polyunsaturated aldehydes in mesocosms inoculated with different densities of the diatom Skeletonema marinoi. Mar Drugs. 2011;9(3):345-358. doi: 10.3390/md9030345
  15. Ribalet F, Vidoudez C, Cassin D, et al. High plasticity in the production of diatom-derived polyunsaturated aldehydes under nutrient limitation: physiological and ecological implications. Protist. 2009;160(3):444-451. doi: 10.1016/j.protis.2009.01.003
  16. Zulfiqar M, Stettin D, Schmidt S, et al. Untargeted metabolomics to expand the chemical space of the marine diatom Skeletonema marinoi. Frontiers in Microbiology. 2023;14:1295994 doi: 10.3389/fmicb.2023.1295994
  17. Batsika CS, Mantzourani C, Gkikas D, et al. Saturated oxo fatty acids (SOFAs): a previously unrecognized class of endogenous bioactive lipids exhibiting a cell growth inhibitory activity // J. Med. Chem. 2021;64(9):5654–5666. doi: 10.1021/acs.jmedchem.0c02058
  18. Calabrone L, Carlini V, Noonan DM, et al. Skeletonema marinoi extracts and associated carotenoid fucoxanthin downregulate pro-angiogenic mediators on prostate cancer and endothelial cells. Cells. 2023;12(7):1053. doi: 10.3390/cells12071053
  19. Berge JP, Bourgougnon N, Carbonnelle D, et al. Antiproliferative effects of an organic extract from the marine diatom Skeletonema costatum (Grev.) Cleve. Against a non-small-cell bronchopulmonary carcinoma line (NSCLC-N6). Anticancer Res. 1997;17(3C):2115-2120. PMID: 9216673
  20. Thangaraj S, Sun J. The biotechnological potential of the marine diatom Skeletonema dohrnii to the elevated temperature and pCO2 concentration. Mar Drugs. 2020;18(5):259. doi: 10.3390/md18050259
  21. Sukhikh SA, Dolganyuk VF, Kremleva OE, et al. Study of extraction parameters, quantitative yield of polysaccharides and antioxidant activity of psychrophilic microalgae and cyanobacteria. Food systems. 2023;6(2):202-210. (In Russ.) [Сухих С.А., Долганюк В.Ф., Кремлева О.Е., и др. Изучение параметров экстракции, количественного выхода полисахаридов и антиоксидантной активности психрофильных микроводорослей и цианобактерий. Пищевые системы. 2023;6(2):202-210]. doi: 10.21323/2618-9771-2023-6-2-202-210
  22. Dolganyuk VF, Kashirskikh EV, Babich OO, et al. Study of polysaccharide production by microalgae and cyanobacteria. Aktual''nye problemy ekologii. Grodno, 2023:168-169. (In Russ.) [Долганюк В.Ф., Каширских Е.В., Бабич О.О., и др. Изучение продукции полисахаридов микроводорослями и цианобактериями. Актуальные проблемы экологии. Гродно, 2023:168-169].
  23. Smerilli A., Orefice I, Corato F, et al. Photoprotective and antioxidant responses to light spectrum and intensity variations in the coastal diatom Skeletonema marinoi. Environ. Microbiol. 2017; 19:611–627. doi: 10.1111/1462-2920.13545
  24. Smerilli A, Balzano S, Maselli M, et al. Antioxidant and photoprotection networking in the coastal diatom Skeletonema marinoi. Antioxidants. 2019;8(6):154. doi: 10.3390/antiox8060154
  25. Foo SC, Yusoff FM, Ismail M, et al. Antioxidant capacities of fucoxanthin-producing algae as influenced by their carotenoid and phenolic contents. J Biotechnol. 2017;241:175-183. doi: 10.1016/j.jbiotec.2016.11.026
  26. Frleta R., Popovic M., Smital T, et al. Comparison of growth and chemical profile of diatom Skeletonema grevillei in bioreactor and incubation-shaking cabinet in two growth phases. Mar. Drugs. 2022;20(11):697. doi: 10.3390/md20110697
  27. Silva M, Kamberovic F, Uota ST, et al. Microalgae as potential sources of bioactive compounds for functional foods and pharmaceuticals. Applied Sciences. 2022;12(12):5877. doi: 10.3390/app12125877
  28. Milito A, Castellano I, Burn R, et al. First evidence of ovothiol biosynthesis in marine diatoms. Free Radic Biol Med. 2020;152:680-688. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.01.010
  29. Carletti A, Pes K, Tarasco M, et al. Immunomodulatory inhibition of osteoclastogenesis by a marine microalgal ethanol fraction targeting T-cells, antigen presentation, and macrophage fate. Front Immunol. 2025;16:1655321. doi: 10.3389/fimmu.2025.1655321
  30. Carletti A, Rosa JT, Pes K, et al. The osteogenic and mineralogenic potential of the microalgae Skeletonema costatum and Tetraselmis striata CTP4 in fish models. Cell Mol Life Sci. 2023;80:310. doi: 10.1007/s00018-023-04953-y
  31. Brillatz T, Lauritano C, Jacmin M, et al. Zebrafish-based identification of the antiseizure nucleoside inosine from the marine diatom Skeletonema marinoi. PLoS One. 2018;13(4):e0196195. doi: 10.1371/journal.pone.0196195
  32. Villar R, Laguna MR, Calleja JM, et al. Effects of Skeletonema costatum extracts on the central nervous system. Planta Med. 1992;58(5):398-404. doi: 10.1055/s-2006-961500

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) Mikhailova E., Popov S.S., Bredikhina T.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.