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Estudio de diterpenos marinos de algas del género Dictyota del Caribe colombiano

Rubiano Buitrago, Paola Andrea (2017) Estudio de diterpenos marinos de algas del género Dictyota del Caribe colombiano. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

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Resumen

Las algas de l género Dictyota se caracterizan por una alta producción de diterpenos, siendo éstos los aparentes responsables de la actividad anti-alimentaria observada en extractos de estas especies. Los diterpenos se han usado como marcadores quimiotaxonómicos del género Dictyota, dado que se identifican dos grupos de algas: aquellas con diterpenos con núcleo germacreno prenilado y/o tipo xeniano, y un segundo grupo que poseen diterpenos tipo dolastano y/o dolabelano. Esto fue propuesto según el análisis de rutas bios intéticas hipotéticas por las cuales se generan estos núcleos. En el territorio marítimo colombiano se ha evidenciado la presencia de 1445 registros de Dictyota, con 13 especies descritas. A pesar de esta biodiversidad, no hay estudios químicos de algas pardas recolectadas en aguas colombianas. Así, en la primera parte de este trabajo, se hizo el análisis metabólico de la producción de diterpenos por parte de la colección de algas pa rdas del grupo de investigación. Analizando 11 especímenes recolectados en el Caribe Colombiano, a través de experimentos RMN mono y bidimensionales, y aquellas promisorios por CG-EM . El espécimen A4, posteriormente identificado como Dictyota pinnatifida, mostró la presencia de diterpenos tanto por RMN como por CG-EM, y por tanto se seleccionó para su estudio químico. El aislamiento por métodos cromatográficos, y el estudio de los espectros de RMN y masas permitió la identificación de seis diterpenos cinco de ellos novedosos: (1R*,5S*,6S*,7R*,11R*) 6-epipachydictyol A (1), (1R*,5S*,6S*,7R*,10R*,11R*) 6-epidictyol C (2), (2S*,3R*,10S*) 18-acetoxi-dilophol (3), (1R*,3S*,4R*,5S*,7S*,9S*,10R*,11R*) 3,4-epoxi-9,hidroxi-6-deoxi-dictyol C, al cual denominamos dictyol L(4), (1S*,4S*,5S*,6R*,7S*,9S*,10S*,11R*,14R*) 1,10-3,5-diepoxi-6,9,14-trihidroxi-15-metoxi-pachydictyol A, al cual lo enominamos dictyol M (5), y un diterpeno previamente reportado conocido como dictyoxepina (6). Los espectros de masas y datos cromatográficos (CG-EM) para 1-3 y 6 fueron incluidos en nuestra base de datos de diterpenos de origen marino para futuros trabajos de dereplicación. Adicionalmente, se identificó un pigmento libre de magnesio, el cual posee un anillo tipo porfirina pero, a diferencia de la feofitina a, no se encuentra esterificado con fitol sino con un monoterpeno. Este pigmento que también es nuevo se denominó Feofitina j (7). De la fracción menos polar fue posible determinar por comparación la presencia de los compuestos: germacreno D (8), pentadeceno (9), pentadecano (10) y heptadeceno (11); igualmente se evidenció la presencia de diterpenos no oxigenados, tentativamente determinados por comparación como ineleganeno (12) y dictytrieno A (13). Dado que los compuestos 1-2, 4-6 y 12-13 presentan núcleos de tipo germacreno prenilado se buscó establecer si éstos tenían valor taxonómico para Dictyota pinnatifida. Al analizar la información filogenética se observó que D. pinnatifida es cercana a Dictyota caribaea y D. mertensii, también productoras de co mpuestos con este núcleo; concluyendo de esta manera que los resultados del estudio químico coinciden con la aproximación molecular encontrada en la literatura. Finalmente, los compuestos 5 y 6 fueron ensayados en cuanto a su actividad antimicrobiana e inhibitoria de la formación de Biofilm. Encontrado que no fueron activos contra Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa como antimicrobianos , aunque p ara el caso de P. aeruginosa se observó que ambos compuestos promovían la producción de pioverdina, u na sustancia que esta bacteria produce al encontrarse bajo estrés oxidativo. Lo anterior indica que ambos compuestos afectan el desarrollo de esta bacteria. Respecto a la inhibición de biofilm , el compuesto 5 mostró una alta capacidad para inhibir el biofi lm de P. aeruginosa con un IC 50 9.04 μM, siete veces más potente el control de ácido kójico. Mientras e l compuesto 6 inhibe la formación de l biofilm de E. coli con IC 50 de 96.05 μM. Lo anterior sugiere que estos compuestos podrían ser usados como agentes de control de biofilm bacteriano, lo cual es requerido en varias instancias, como por ejemplo, la industria de alimentos; manejo de infecciones intrahospitalarias relacionadas con P. aeruginosa y Staphylococcus aureus o incluso como pinturas y/o recubrimientos anti fouling, donde el biofilm bacteriano constituya un problema., Abstract The a lgae of the genus Dictyota has been consider as a rich source of diterpenes, which are responsible for the feed - deterrent activity. These compounds has been use as chemotaxonomic markers . Thus, two groups of Dictyota algae were propose, according to the analysis of hypothetical biosynthetic pathways of diterpene n uclei synthesized by this genus : The first group of algae with prenylated germacrane and/or xeniane diterpenes, and the second one with dolastane and/or dola bellane diterpenes. In Colombia, we find 1445 records of Dictyota , with 13 species. Despite this biodiversity, there are no chemical studies of brown algae collected in Colombian waters. In the first part of this thesis . The a nalysis of the production of diterpenes from our collection of brown algae , was conducted by the a nal ysis of 11 samples collected at the Colombian Caribbean Sea , through 1D and 2D - NMR experiments and CG - MS. From these, t he sample named A4, identified as Dictyota pinnatifida , showed the presence of diterpenes by both NMR and GC - MS, and it was select for its chemical study. Isolation by chromatographic methods, and the NMR and MS spectra allowed to identify six diterpenes, five of them novel: (1 R *,5 S *,6 S *,7 R *,11 R *) 6 - epipachydictyol A ( 1 ), (1 R *,5 S *,6 S *,7 R *,10 R *,11 R *) 6 - epidictyol C ( 2 ), (2 S *,3 R *,10 S *) 18 - acetoxy - dilophol ( 3 ), (1 R *,3 S *,4 R* ,5 S *,7 S *,9 S *,10 R *, 11 R *) 3,4 - epoxy - 9,hydroxy - 6 - deoxy - dictyol C, which we called dictyol L ( 4 ), (1 S *,4 S *,5 S *,6 R *,7 S *,9 S *,10 S *,11 R *,14 R *) 1,10 - 3,5 - diepox y - 6,9,14 - trihydroxy - 15 - methoxy - pachydictyol A, which we called dictyol M ( 5 ), and a diterpene previously reported known as dictyoxepin ( 6 ). GC - MS for 1 - 3 and 6 were included in our in home database of marine - derived diterpenes for future dereplication work. Additionally, a novel magnesium - free photosynthetic pigment was identified as Pheophy tin j ( 7 ) that contain s a porphyrin - like ring bearing a monoterpene moiety From the less polar fraction, it was possible to determine by comparison the presence of the compounds: germacrene D ( 8 ), pentadecene ( 9 ), pentadecane ( 10 ), heptadecene ( 11 ), and the presence of non - oxyg enated diterpenes, tentatively determinate as ineleganene ( 12 ) and dictytriene A ( 13 ). Since compounds 1 - 2 , 4 - 6 and 12 - 13 sho wed prenylated germacrene - type nuclei , we attempted to establish if those diterpenes had taxonomic value for Dictyota pinnatifida . When analyzing the phylogenetic information, it was observed that D. pinnatifida is close related to Dictyota caribaea and D. mertensii, two species characterized by the production of compounds with this gemacrene nuclei . Therefore, the results of this study correlate with the results of the molecular approaches found in the literature . Finally, compounds 5 and 6 showed to be no active agains t Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa as antimicrobials . I n the case of P. aeruginosa, it was observe that the two compounds promoted the production of pyoverdine, a compound that this bacterium produces when is under oxidative stress , suggesting t hat both compounds affect the development of the bacteria. Regarding to the biofilm inhibition, compound 5 showed strong inhibition of biofilm production in P. aeruginosa with an IC 50 9.04 μM, seven times lower than kojic acid used as a control in the test . On the other hand, compound 6 inhibit ed E. coli biofilm formation with an IC 50 96.05 μM. The results suggest that, compounds 5 and 6 could be use d as control agents for bacterial biofilm. This class of biofilm inhibitor compounds are required for use in various applications such as the food industry, for the management of nosocomial infections related to P. aeruginosa and Staphylococcus aureus , or even antifoulants for use in coatings and a ntifouling paints, where biofilm i s a problem.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Castellanos Hernandez, Leonardo and Puyana Hegedus, Monica
Información adicional:Magister en Ciencias - Química
Palabras clave:Algas pardas, Diterpenos marinos, Quimiotaxonomía, Inhibición de biofilm, Dictyota pinnatifida, Brown algae, Marine diterpenes, Prenylated germacrene, Xeniane, Chemotaxonomy, Biofilm inhibition
Temática:5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 54 Química y ciencias afines / Chemistry
5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 57 Ciencias de la vida; Biología / Life sciences; biology
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ciencias > Departamento de Química
Código ID:59276
Enviado por : Paola Andrea Rubiano Buitrago
Enviado el día :17 Noviembre 2017 16:46
Ultima modificación:17 Noviembre 2017 16:46
Ultima modificación:17 Noviembre 2017 16:46
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