Chemical exploration of marine cyanobacteria and coculture of the Geitlerinema sp CENA556 strain and the fungus Trichoderma atroviride, endophyte of seaweed Bostrychia tenella

Organismos marinhos são reconhecidos como um rico reservatório de produtos naturais com estruturas moleculares excepcionais. Neste contexto, cianobactérias e fungos endofíticos emergiram como uma fonte promissora de substâncias bioativas. O objetivo deste trabalho foi buscar por substâncias biologicamente ativas a partir de linhagem de cianobactérias marinhas coletadas em Ubatuba, litoral do estado de São Paulo (Brasil) e explorar o potencial biossintético do fungo Trichoderma atroviride (endófito isolado da alga marinha Bostrychia tenella, coletada nos costões rochosos da Praia de Fortaleza, Ubatuba, SP) por meio do cultivo misto com a linhagem de cianobactéria Geitlerinema sp CENA556. Inicialmente, cinco espécies de cianobactérias marinhas foram isoladas a partir da amostra coletada no litoral de São Paulo e então caracterizadas filogeneticamente. As linhagem codificadas como Geitlerinema sp CENA552 e Geitlerinema sp CENA556 foram cultivadas em meio mimetizando água do mar e em seguida extraídas com uma mistura de CH2Cl2/ MeOH (2:1) e em seguida AcOEt. O extrato concentrado foi particionado em fração hexano e fração MeOH/H2O (95: 5). Quatro substâncias conhecidas foram identificadas a partir da fração hexânica do extrato da linhagem Geitlerinema sp CENA552 por análises de CG-EM: 2-hexil,1-decanol, 3-octadeceno, neoftadieno e palmitato de metila . A partir da fração hexânica do extrato da linhagem Geitlerinema sp CENA556, foram identificados: dodecanal, 8-heptadeceno, palmitaldeído, neoftadieno, fitol, palmitoleato de metila, 7-hexadecenoato de metila e 9-hexadecenoato de metila. Sete substâncias foram isoladas por CLAE-DAD semipreparativa a partir da fração MeOH/H2O (95: 5) do extrato da linhagem Geitlerinema sp CENA556 e identificadas por análises de espectroscopia de RMN e espectrometria de AR-EM. Entre elas, cinco nucleosídeos conhecidos isolados pela primeira vez em cianobactérias: 2\'-deoxiuridina, timidina, adenosina, 2\'-deoxiadenosina e uridina. Além disso, dois aminoácidos: D-leucina e L-fenilalanina. O fungo Trichoderma atroviride foi cultivado isoladamente em meio arroz e Czapek e os cultivos mistos entre o fungo e a cianobactéria (linhagem Geitlerinema sp CENA556) foram realizados utilizando os mesmos meios de cultura. Os extratos CH2Cl2/ MeOH (2:1) e AcOEt reunidos provenientes do cultivo misto em meio Czapeck do fungo T. atroviride e da cianobactéria Gleiterinema sp CENA556 mostrou diferença significativa na produção de metabólitos quando comparado ao extrato do fungo e da cianobactérias cultivados individualmente. Quatro sideróforos tipo catecol foram isolados da fração MeOH/H2O (95: 5) deste extrato: agrobactina, agrobactina A, fotobactina e uma substância inédita. Agrobactina, a substância majoritária, mostrou atividade antibacteriana substancial frente a P. mirabilis, E. coli, S. saprophyticus, S. aureus e P. aeruginosa. Assim, a cianobactéria brasileira estudada Geitlerinema sp CENA556 mostrou-se promissora para o isolamento de nucleosídeos com atividade biológica. Além disso, o fungo T. atroviride provou ser uma fonte prolífica de sideróforos antimicrobianos obtidos por eliciação biológica com a cyanobactéria Geitlerinema sp CENA556.Marine organisms are recognized as a rich reservoir of natural products with exceptional molecular structures. In this context, cyanobacteria and endophytic fungi has emerged as source of promising bioactive compounds. The aim of this work was to look for biologically active compounds from the marine cyanobacteria strains, collected in Ubatuba, coast of the São Paulo state (Brazil), and to explore the biosynthetic potential of the fungus Trichoderma atroviride (endophyte isolated from marine seaweed Bostrychia tenella, collected in the rocky Shore of Praia de Fortaleza, Ubatuba, SP) by coculture with the cyanobacteria strain Geitlerinema sp CENA556. Initially, five species of marine cyanobacteria were isolated from the sample collected at the coast of São Paulo, and then characterized phylogenetically. Among them, the strains coded as Geitlerinema sp CENA552 and Geitlerinema sp CENA556 were cultured in mimicking seawater medium and extracted with a mix of CH2Cl2/ MeOH (2:1), and then EtOAc. The concentrated extract was partitioned into hexane fraction and MeOH/H2O (95: 5) fraction. Four known compounds were identified from the hexane fraction of the Geitlerinema sp CENA552 extract by GC-MS analysis: 2-hexyl-1-decanol, 3-octadecene, neophytadiene, and methyl palmitate. Similarly, the compounds dodecanal, 8-heptadecene, palmitaldehyde, neophytadiene, phytol, methyl palmitoleate, methyl 7-hexadecenoate, and methyl 9-hexadecenoate were identified from the hexane fraction of the Geitlerinema sp CENA556 extract. Starting of MeOH/H2O (95: 5) fraction of Geitlerinema sp CENA556 extract, seven compounds were isolated by semi preparative HPLC-PDA and identified by NMR spectroscopy and HR-MS analysis. Among them, five known nucleosides first isolated from cyanobacteria: 2\'-deoxyuridine, thymidine, adenosine, 2\'-deoxyadenosine, and uridine. Also two amino acids: D-leucine and L-phenylalanine. Trichoderma atroviride was grown alone in rice and Czapeck media and the coculture between the fungus and the cyanobacteria (Geitlerinema sp CENA556) were performed using the same media. The CH2Cl2/ MeOH (2:1) and EtOAc pooled extract from the coculture of the fungus T. atroviride and the cyanobacteria Gleiterinema sp CENA556 in Czapek medium shows significant difference in the metabolites production when compared to individually cultured fungus and cyanobacteria. Four catechol type siderophores were isolated from MeOH/H2O (95: 5) fraction of this extract: agrobactin, agrobactin A, photobactin and one novel compound. Agrobactin, the major compound, showed substantial antibacterial activity against P. mirabilis, E. coli, S. saprophyticus, S. aureus and P. aeruginosa. Thus, the studied brazilian cyanobacteria Geitlerinema sp appeared to be promising for isolation of nucleosides with biological activity. Furthermore, the fungus T. atroviride proved to be a prolific source of antibacterial siderophores obtained by biological elicitation with the cyanobacteria Geitlerinema sp CENA556