ESTRATTI DI MACROALGHE ERICARIA CRINITA, ERICARIA BRACHYCARPA E ASPARAGOPSIS TAXIFORMIS: DAGLI EFFETTI SUL RICCIO DI MARE ARBACIA LIXULA (LINNEO, 1758) ALLE POTENZIALI APPLICAZIONI

The study of macroalgae is essential for the understanding of marine ecosystems, and for the exploitation of the economic resources that they represent as a source of biomolecules with high biological value. This study involved the extraction and chemical characterization of secondary metabolites present in the macroalgae species Ericaria crinita, Ericaria brachycarpa and Asparagopsis taxiformis and the evaluation of their biological properties. The characterization of secondary metabolites allowed the identification of compounds: predominantly oxylipin in E. brachycarpa extracts, meroterpenoids in E. crinita and brominated compounds in A. taxiformis. In particular, the analyses allowed us to determine a high phenolic content in the extracts in the E. crinita species. Subsequently, the extracts were used to evaluate the antimicrobial activity against some bacterial strains of Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus and cytotoxic activity vs mammalian eritrocytes, neuroblastoma and hepatocarcinoma cells. Regarding antibacterial activity, the extracts of E. brachycarpa and A. taxiformis they act across a broad spectrum towards Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus strains. These extracts showed a low haemolytic activity towards mammalian erythrocytes (< 5%) at concentrations ≤ 40 μg/ml. Subsequently, E. crinita and E. brachycarpa extracts were tested to evaluate the antitumor activity against HepG2 and SH-SY5Y tumor cell lines. The results obtained demonstrated that at the tested concentrations the E. crinita and E. brachycarpa extracts exerted anti-tumor activity towards HepG2 tumor cell line, while the anti-tumor dosage of E. brachycarpa extracts showed the important cytotoxic activity towards tumor cell line SH-SY5.Finally, based on the results previously obtained, the muscle relaxant activity (ex vivo) of the extracts of the macroalgae A. taxiformis on the smooth muscles of the colon of Rattus norvegicus was evaluated. A. taxiformis extract was able to regulate the intestinal motility of R. norvegicus showing antispasmodic activity.Based on the results obtained, it was decided to evaluate the effects of these extracts using the model organism Arbacia lixula, one of those responsible for the degradation of Cystoseire in the marine environment. Cell counts, levels of ROS, NO, GSH, total protein concentration and enzymatic activity of esterase and alkaline phosphatase were used as biological parameters of the haemolymph in control and treated animals. The results showed important changes in the enzymatic activities after 3 hours of in vivo treatment. The cytotoxic activity of algal extracts on the embryonic development of A. lixula was analyzed only after studying their anti-tumor activity against the tumor cell lines HepG2 and SH-SY5Y, testing 4 concentrations (1,4,20,40 µg/ml) at 24, 48 and 72 hours after fertilization of sea urchins. The results obtained showed how the E. brachycarpa extract, at a concentration of 40 µg/ml, causes 100% mortality (apoptosis) of A. lixula embryos. In fact, the embryos exposed to the highest concentration of E. brachycarpa (40 µg/ml) degenerate, while at lower concentrations (1-4 µg/ml) the extract shows activity, delaying the embryonic development of the urchins and showing significant characteristics morphological variations in the different stages of development of the embryos. Based on the literature and results previously obtained on A. lixula, a study was conducted on the trophic interaction between the sea urchin Arbacia lixula and two species of macroalgae, E. crinita and Caulerpa taxifolia var. disticophilla. It emerged that A. lixula is capable of grazing both species of macroalgae, showing a preference for the non-native one. This result provided an important basis for understanding the possible role of A. lixula in containing the spread of alien macroalgae. In conclusion, the results obtained demonstrate how the compounds present in the tested macroalgae species possess antioxidant properties that could be used for the food and livestock industry, potentially capable of improving the level of antioxidants and allowing a greater shelf life of food products. Furthermore, the potential applications, regarding the pharmaceutical industry, are considerable interest, since these compounds would allow the potential development of drugs with anti-inflammatory, anti-tumor, intestinal antispasmodic, and antibiotic therapeutic action. Finally, the results obtained for the first time showed the presence of oxylipin in the E. brachycarpa extract and his possible influence on the embryonic development of A. lixula, suggesting a potential defence mechanism that could be implemented by the Cystoseira against its herbivores.

Lo studio delle macroalghe è essenziale per la comprensione degli ecosistemi marini e per lo sfruttamento delle risorse economiche che esse rappresentano come fonte di biomolecole ad alto valore biologico. Questo studio ha comportato l'estrazione e la caratterizzazione chimica dei metaboliti secondari presenti nelle specie di macroalghe Ericaria crinita, Ericaria brachycarpa e Asparagopsis taxiformis e la valutazione delle loro proprietà biologiche. La caratterizzazione dei metaboliti secondari ha permesso l'identificazione dei composti: prevalentemente ossilipine negli estratti di E. brachycarpa, meroterpenoidi in E. crinita e composti bromurati in A. taxiformis. In particolare, le analisi hanno permesso di determinare un elevato contenuto fenolico negli estratti della specie E. crinita. Successivamente, gli estratti sono stati utilizzati per valutare l’attività antimicrobica contro alcuni ceppi batterici di Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus e l’attività citotossica verso eritrociti di mammifero, cellule di neuroblastoma ed epatocarcinoma. In particolare, per quanto riguarda l'attività antibatterica, gli estratti di E. brachycarpa e A. taxiformis agiscono ad ampio spettro nei confronti dei ceppi di Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus. Questi estratti hanno mostrato una bassa attività emolitica nei confronti degli eritrociti di mammifero (< 5%) a concentrazioni ≤ 40 μg/ml.Successivamente gli estratti di E. crinita ed E. brachycarpa sono stati testati per valutare l’attività antitumorale nei confronti delle linee cellulari tumorali HepG2 e SH-SY5Y. I risultati ottenuti hanno dimostrato che alle concentrazioni testate gli estratti di E. crinita ed E. brachycarpa hanno esercitato attività antitumorale verso la linea tumorali HepG2, mentre il dosaggio antitumorale degli estratti di E. brachycarpa ha mostrato l’importante attività citotossica verso la linea tumorale SH-SY5Y.Infine, sulla base dei risultati precedentemente ottenuti, è stata valutata l'attività miorilassante (ex vivo) degli estratti della macroalga A. taxiformis sulla muscolatura liscia del colon di Rattus norvegicus. L'estratto di A. taxiformis è stato in grado di regolare la motilità intestinale di R. norvegicus mostrando attività antispasmodica.Sulla base dei risultati ottenuti si è deciso di valutare gli effetti di questi estratti utilizzando l'organismo modello A. lixula, uno dei responsabili della degradazione delle Cistoseire in ambiente marino. La conta cellulare, i livelli di ROS, NO, GSH, la concentrazione di proteine totali e l'attività enzimatica di esterasi e fosfatasi alcalina sono stati utilizzati come parametri biologici del fluido celomatico negli animali di controllo e trattati. I risultati hanno mostrato importanti cambiamenti dei livelli di ROS, NO, GSH e delle attività enzimatiche dopo 3 ore di trattamento in vivo. L'attività citotossica degli estratti algali sullo sviluppo embrionale di A. lixula è stata analizzata solo dopo aver studiato la loro attività antitumorale nei confronti delle linee cellulari tumorali HepG2 e SH-SY5Y, testando 4 concentrazioni (1,4,20,40 µg/ml) a 24, 48 e 72 ore dopo la fecondazione di ricci di mare. I risultati ottenuti hanno mostrato come l'estratto di E. brachycarpa, alla concentrazione di 40 µg/ml, provoca una mortalità (apoptosi) del 100% degli embrioni di A. lixula. Infatti, gli embrioni esposti alla concentrazione più alta di E. brachycarpa (40 µg/ml) degenerano, mentre a concentrazioni più basse (1-4 µg/ml) l'estratto manifesta attività, ritardando lo sviluppo embrionale dei ricci e mostrando variazioni significative morfologiche nelle diverse fasi di sviluppo degli embrioni.Sulla base della letteratura e dei risultati precedentemente ottenuti su A. lixula, è stato condotto uno studio sull'interazione trofica tra il riccio di mare Arbacia lixula e due specie di macroalghe, E. crinita e Caulerpa taxifolia var. disticophilla. È emerso che A. lixula è in grado di pascolare entrambe le specie di macroalghe, mostrando una preferenza per quella non autoctona. Questo risultato ha fornito una base importante per comprendere il possibile ruolo di A. lixula nel contenere la diffusione delle macroalghe aliene.In conclusione, i risultati ottenuti dimostrano come i composti presenti nelle specie di macroalghe testate possiedano proprietà antiossidanti che potrebbero essere utilizzate per l’industria alimentare e zootecnica, potenzialmente in grado di migliorare il livello di antiossidanti e consentire una maggiore conservabilità dei prodotti alimentari. Inoltre, le potenziali applicazioni, per quanto riguarda l'industria farmaceutica, sono di notevole interesse, poiché questi composti permetterebbero il potenziale sviluppo di farmaci con azione terapeutica antinfiammatoria, antitumorale, antispasmodica intestinale e antibiotica. Infine, i risultati ottenuti hanno mostrato per la prima volta la presenza di ossilipine nell'estratto di E. brachycarpa e la sua possibile influenza sullo sviluppo embrionale di A. lixula, suggerendo un potenziale meccanismo di difesa che potrebbe essere messo in atto dalla Cystoseira contro i suoi erbivori.