Dall'Ottimizzazione dell'Allevamento all'Investigazione del Potenziale Biotecnologico: Caso di Studio di Halla parthenopeia (Polychaeta)

Halla parthenopeia, a large polychaete prized by Mediterranean fishermen as bait, is gaining attention for its potential applications in aquaculture, biotechnology, and medicine. However, optimal rearing conditions, prey preferences, and the biochemical properties of this species remain poorly understood. This study aimed to address these gaps by exploring H. parthenopeia's feeding behavior, rearing techniques, chemical defenses, and potential bioactive compounds. A laboratory system was developed to maintain H. parthenopeia in recirculating aquaria, with individuals housed in small PET containers. Growth was monitored while feeding on intact and artificially opened clams, specifically Chamelea gallina and Ruditapes philippinarum. The polychaetes preferred open clams, displaying nocturnal feeding behavior in three phases: searching, handling, and feeding. Larger polychaetes preyed on larger clams, and feeding on open clams increased growth and predation rates. This suggests using waste clams as feed could offer a cost-effective, sustainable method for farming H. parthenopeia to meet the bait demands of recreational fishermen. In addition to its bait utility, H. parthenopeia has anatomical and chemical adaptations for survival in its benthic habitat. Histological analysis revealed a specialized feeding apparatus, including jaws, mandibles, and a mucus gland. The mucus aids in clam immobilization and digestion, while also delivering bioactive compounds. The species secretes a toxic anthraquinone pigment, hallachrome, with antiseptic properties that protect it from predators and pathogens during autotomy. Beyond its ecological role, hallachrome holds promise for biotechnological applications. It was tested against pathogens like Gram-positive and Gram-negative bacteria and the fungal pathogen Candida albicans. Hallachrome significantly inhibited Gram-positive bacteria and C. albicans, affecting biofilm formation and hyphal growth. It also demonstrated anticancer potential, inhibiting the proliferation of human A375 melanoma cells, disrupting mitochondrial function, and inducing apoptosis. Proteomic analysis revealed changes in proteins involved in autophagy and membrane organization, highlighting hallachrome’s potential as an antimicrobial and anticancer agent. Further RNA-seq analysis of H. parthenopeia’s feeding apparatus identified toxin-related proteins such as metallopeptidases, Kunitz-type protease inhibitors, and cysteine-rich venom proteins, which likely play roles in prey paralysis, digestion, and immune suppression. These findings suggest potential applications for marine polychaete venoms in biotechnology, especially in developing novel pharmaceuticals. In conclusion, Halla parthenopeia is a species of significant ecological, commercial, and biotechnological interest. Its ability to prey on clams, its specialized anatomical and chemical defenses, and the bioactive compounds it produces make it a promising candidate for further research. Sustainable farming techniques using waste clams could meet rising bait demands, while hallachrome’s antimicrobial and anticancer properties highlight the species’ potential in pharmaceuticals. Additionally, the discovery of toxin-related proteins opens new avenues for marine polychaete venom research. Continued exploration of its biochemical and ecological traits could lead to valuable biotechnological applications.

Halla parthenopeia, un grande polichete predatore di bivalvi nel Mar Mediterraneo, è molto apprezzato dai pescatori come esca e sta attirando interesse per le sue potenziali applicazioni in acquacoltura, biotecnologia e medicina. Nonostante l'importanza commerciale e scientifica, le conoscenze sulle condizioni di allevamento ottimali, le preferenze alimentari e le proprietà biochimiche di questa specie sono ancora limitate. Questo studio mira a colmare queste lacune esaminando il comportamento alimentare, le tecniche di allevamento, le difese chimiche e i composti bioattivi di H. parthenopeia. È stato sviluppato un sistema di laboratorio con acquari a ricircolo per semplificare la gestione degli esemplari e ridurre il loro stress. I policheti, tenuti in piccoli contenitori di PET, sono stati alimentati con vongole Chamelea gallina e Ruditapes philippinarum, integre o aperte artificialmente. Hanno mostrato una chiara preferenza per le vongole aperte, con un comportamento alimentare notturno in tre fasi: ricerca, manipolazione e alimentazione. Il tempo di manipolazione variava in base alla dimensione della preda, con una correlazione positiva tra la dimensione del predatore e della preda. L'alimentazione con vongole aperte ha aumentato significativamente il tasso di predazione e la crescita, suggerendo l'uso di vongole di scarto come un'alternativa sostenibile ed economica per l'allevamento di H. parthenopeia. Oltre al suo utilizzo come esca, H. parthenopeia possiede adattamenti anatomici e chimici che le permettono di prosperare nel suo habitat bentonico. L'analisi istologica ha evidenziato un apparato alimentare specializzato, con faringe, mandibole e mascelle collegate a una ghiandola che secerne un muco utile per immobilizzare e digerire le vongole. Questo muco funge anche da veicolo per composti bioattivi, mentre l'hallacromo, un pigmento tossico con proprietà antimicrobiche, protegge il polichete da predatori e patogeni. L’hallacromo, in particolare, ha mostrato un promettente potenziale biotecnologico. Testato contro patogeni come batteri Gram-positivi, Gram-negativi e il fungo Candida albicans, ha mostrato effetti limitati sui Gram-negativi ma una significativa inibizione della crescita di Gram-positivi e C. albicans, ostacolando la formazione di biofilm e la crescita ifale. Inoltre, l’hallacromo ha dimostrato proprietà anticancro in vitro, inibendo la proliferazione delle cellule di melanoma A375, inducendo disfunzioni mitocondriali e apoptosi. Le proprietà velenose di H. parthenopeia sono state indagate tramite analisi trascrittomica, che ha identificato proteine tossiche espresse nel suo apparato alimentare. La presenza di metallo-peptidasi, inibitori di proteasi di tipo Kunitz e proteine ricche di cisteina suggerisce che queste tossine siano coinvolte nella paralisi delle prede, digestione e soppressione immunitaria.