Marine microorganism metabolites in cancer, immunity, and inflammation

J Pharm Pharmacogn Res 8(5): 368-391, 2020.

Review

Metabolites from marine microorganisms in cancer, immunity, and inflammation: A critical review

[Metabolitos procedentes de microorganismos marinos en cáncer, inmunidad e inflamación: Una revisión crítica]

Mario Riera-Romo, Liem Wilson-Savón, Ivones Hernandez-Balmaseda*

Department of Pharmacology, Institute of Marine Sciences, Havana 10600, Cuba.
Abstract

Context: Marine microorganisms represent a promising source of bioactive molecules for biomedical applications. Increasing scientific literature is describing novel metabolites isolated from marine microbes with attractive pharmacological properties, such as anti-inflammatory, immunomodulatory, and anticancer.

Aims: To reveal a background of the main marine microbial-derived products that have been isolated and characterized, including recent examples. The main mechanisms of action of these compounds in different models are also discussed.

Methods: This research was structured based on a four phases design. 1) the identification of research questions, 2) selection of relevant studies, 3) filtering of studies based on inclusion and exclusion criteria, and 4) collection and organization of the data. For the web search, were used PubMed, Web of Science, Science Direct and ProQuest. For the selection and classification of the papers was used PRISMA software.

Results: A wide variety of marine microbial metabolites with important pharmacological properties have been discovered and characterized so far. The main sources of these compounds are marine actinomycetes, bacilli, fungi from Aspergillus and Penicillium genus, microalgae, and some marine symbiotic bacteria and fungi. Most of these metabolites exhibit cytotoxic, pro-apoptotic, anticancer, anti-inflammatory, and immunomodulatory activities. Complex structural moieties, such as multiple aromatic rings and heteroatoms, seem to be related to these properties. The mechanisms of action of most of these molecules target apoptosis-related proteins, enzymes, transcription factors, DNA binding proteins and some cell surface receptors.

Conclusions: The marine environment offers an efficient and attractive way to obtain novel natural products. Marine microorganisms are a prolific source of new molecules and extracts with therapeutic potential in the treatment of chronic inflammatory diseases. They represent and ecofriendly and feasible option to obtain drug candidates with multiple mechanisms of action and important biomedical applications.

Keywords: bioactive compounds; biomedical applications; cancer; inflammation; immunity; marine microorganisms.

Resumen

Contexto: Los microorganismos marinos constituyen una fuente de moléculas bioactivas para aplicaciones biomédicas. En la literatura se han descrito metabolitos novedosos aislados de microbios marinos con propiedades farmacológicas atractivas como anti-inflamatoria, inmunomoduladora y anticancer.

Objetivos: Revelar estado del arte de los principales productos derivados de microbios marinos que han sido aislados y caracterizados, incluyendo ejemplos recientes. También se discuten los principales mecanismos de acción de estos compuestos en diferentes modelos.

Métodos: Esta investigación fue estructurada en un diseño de cuatro fases. 1) Identificación de las preguntas de investigación, 2) selección de los estudios relevantes, 3) filtrado de los estudios basado en los criterios de inclusión y exclusión, y 4) colección y organización de los datos. Para la búsqueda en la web se utilizaron PubMed, Web of Science, Science Direct and ProQuest. Para la selección y clasificación de los artículos se empleó el software PRISMA.

Resultados: Una amplia variedad de metabolitos derivados de microbios marinos con propiedades farmacológicas importantes han sido descubiertos y caracterizados hasta la fecha. Las principales fuentes de estos compuestos son los actinomicetos marinos, bacilos, hongos de los géneros Aspergillus y Penicillium, microalgas y algunas bacterias y hongos simbióticos. La mayoría de estos metabolitos exhiben actividad citotóxica, pro-apoptótica, anticancer, anti-inflamatoria e inmunomoduladora. Motivos estructurales complejos como múltiples anillos aromáticos y heteroátomos parecen estar relacionados con estas propiedades. Los mecanismos de acción de casi todas estas moléculas tienen como blanco proteínas relacionadas a la apoptosis, enzimas, factores de transcripción, proteínas de unión al ADN y algunos receptores de la superficie celular.

Conclusiones: El medioambiente marino ofrece una vía atractiva y eficiente de obtener novedosos productos naturales. Los microorganismos marinos son una fuente prolífica de nuevas moléculas y extractos con potencial terapéutico en el tratamiento de enfermedades inflamatorias crónicas. Ellos representan una opción ecológica y factible para obtener nuevos candidatos a fármacos con múltiples mecanismos de acción e importantes aplicaciones biomédicas.

Palabras Clave: aplicaciones biomédicas; cáncer; compuestos bioactivos; inflamación; inmunidad; microorganismos marinos.

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Citation Format: Riera-Romo M, Wilson-Savón L, Hernandez-Balmaseda I (2020) Metabolites from marine microorganisms in cancer, immunity, and inflammation: A critical review. J Pharm Pharmacogn Res 8(5): 368–391.

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