Untersuchungen zum Primär- und Sekundärstoffinventar von Kaltwasserschwämmen

Abstract

Zwei ausgewählte Demospongiae aus dem Nordatlantik, Plakortis simplex (Ordnung Homosclerophorida, Familie Plakinidae; Schulze, 1880) und Axinella rugosa (Ordnung Halichondrida, Familie Axinellidae; Schmidt, 1975) werden im Hinblick auf ihr Inventar an Zellmembranlipiden und Sekundärmetaboliten untersucht und diskutiert. A. rugosa enthält mit Fettsäuren der Kettenlängen C24 bis C26 und Doppelbindungen an den Positionen 5 und 9 typische Lipide der Demospongiae und Hexactinellida. Zudem wurden bromierte 5,9-Dienfettsäuren mit den selben Kettenlängen identifiziert. Das Fehlen solcher langkettigen und zweifach ungesättigten Fettsäuren in P. simplex weist auf die Sonderstellung der Homosclerophorida innerhalb der Demospongiae hin. Der Nachweis von zwei mittkettig methylverzweigten und doppelt ungesättigten Fettsäuren (C20 und C21) in P. simplex ist interessant, da ihr natürliches Vorkommen bisher nicht dokumentiert ist. Weitere Inhaltsstoffe von P. simplex sind Hopanoide, die bekannte Biomarker für Bakterien sind. Die ungewöhnlich hohen Konzentrationen einiger Hopanoide wurden auf die in P. simplex beobachtete hohe Bakteriendichte zurückgeführt. Aus dem organischen Gesamtextrakt von A. rugosa wurde das Axisothiocyanat-1 identifiziert. Darüber hinaus wurden zwei weitere Inhaltsstoffe ((4S*,5R*,6S*,7S*) 1-Isocyanoaromadendran und Labda-8(17),13-dien-12-ol) isoliert und durch Massenspektrometrie (MS), ein- und zweidimensionale NMR-Spektroskopie (NMR) und Infrarotspektroskopie charakterisiert. Vier zuvor unbeschriebene Sekundärmetaboliten wurden aus dem organischen Gesamtextrakt von P. simplex isoliert. Untersuchungen mit MS und NMR führten zur Identifikation dieser Naturstoffe als zwei Peroxide ((3R*,6S*,Z)-4,6-Diethyl-3,6-epidioxyundeca-4-ensäuremethylester und (3R*,6S*,Z)-4,6-Diethyl-3,6-epidioxydodeca-4-ensäuremethylester) und zwei Tryptophanamide (N-(2,4-Diethyloct-3-enyl)tryptophanmethylester und N-(2,4-Diethylnon-3-enyl)tryptophanmethylester). In-vitro Aktivitätstests mit sechs verschiedenen menschlichen Krebszelllinien zeigten für eines der Peroxide eine zytotoxische Aktivität mit 50%-Hemmkonzentrationen (IC50) zwischen 7 und 15 µg/mL (Holzwarth et al., J. Nat. Prod. 68 (2005), 759-761). Die Identifikation der Tryptophanamide ist der erste Nachweis von Indolalkaloiden in der untersuchten Spezies. Die Ähnlichkeit ihrer aliphatischen Säurereste zu den cyclischen Peroxiden lassen einen biosynthetischen Zusammenhang zwischen beiden Substanzklassen vermuten.

Two selected demospongiae from the North Atlantic, Plakortis simplex (order Homosclerophorida, family Plakinidae; Schulze, 1880) and Axinella rugosa (order Halichondrida, family Axinellidae; Schmidt, 1975) are investigated and discussed with respect to their inventory of cell membrane lipids and secondary metabolites. A. rugosa contains fatty acids with chain lengths from C24 to C26 and double bonds at the positions 5 and 9, which are typical lipids of the demospongiae and hexactinellida. Moreover, brominated 5,9-dien fatty acids of the same carbon chain lengths have been identified. The lack of those long chain fatty acids in P. simplex refers to the exceptional position of the homosclerophorida within the demospongiae. The detection of two midchain methyl branched and double unsaturated fatty acids (C20 and C21) in P. simplex is interesting as their natural occurrence has not been documented before. Further constituents of P. simplex are hopanoids, which are known biomarkers for bacteria. The particular high concentrations of distinct hopanoids could be correlated with high densities of bacterial populations found in P. simplex. From the total organic extract of A. rugosa Axisothiocyanate-1 has been identified. Moreover, two further constituents ((4S*,5R*,6S*,7S*) 1-Isocyanoaromadendrane and Labda-8(17),13-dien-12-ol) have been isolated and characterised by means of mass spectrometry (MS), one- and two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and infrared spectroscopy. Four previously undescribed secondary metabolites have been isolated from the total organic extract of P. simplex. Investigations by MS and NMR led to the identification of these compounds as two peroxides (Methyl (3R*,6S*,Z)-4,6-diethyl-3,6-epidioxyundeca-4-enoate and Methyl (3R*,6S*,Z)-4,6-diethyl-3,6-epidioxydodeca-4-enoate) and two tryptophane amides (Methyl N-(2,4-diethyloct-3-enoyl)tryptophanate and Methyl N-(2,4-diethylnon-3-enoyl)tryptophanate). For one of the peroxides, in-vitro activity tests with six different human cancer cell lines showed a cytotoxic effect with 50%-Inhibitory concentrations (IC50) between 7 and 15 µg/mL (Holzwarth et. al., J. Nat. Prod. 68 (2005), 759-761). Identification of the tryptophan amides represents the first proof of indol alkaloids from the investigated species. The similarity of their aliphatic acid substructure with the cyclic peroxides suggests a biosynthetic relationship between the two substance classes.