DOI: https://doi.org/10.1007/s44340-025-00047-6
تاريخ النشر: 2026-03-09
المؤلف: A. Annamalai وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الحيوية المستخلصة من الطحالب
نظرة عامة
تعتبر البيوسفير البحرية العالمية مصدرًا غنيًا للتنوع الكيميائي والوراثي، مما يجعلها جبهة واعدة لاكتشاف الأدوية. تقدم المستقلبات الثانوية المستمدة من الطحالب، على وجه الخصوص، مجموعة متنوعة من المركبات النشطة بيولوجيًا ذات خصائص مضادة للميكروبات، ومعدلة للمناعة، وتنظم الميكروبات. تشمل الأمثلة البارزة الفلوروتانينات، والبوليسكاريديات الكبريتية، والتربينات الهالوجينية، والببتيدات النشطة بيولوجيًا، التي أظهرت فعالية ضد مسببات الأمراض المقاومة للأدوية وفي استعادة التوازن الميكروبي، مما يقدم حلولًا محتملة للأمراض المعدية والاضطرابات المرتبطة بالخلل الميكروبي.
تؤكد هذه المراجعة على الدور المزدوج لهذه المستقلبات كعوامل مضادة للميكروبات ومعدلات لتفاعلات المضيف والميكروبات، مما يمهد الطريق لعلاجات مبتكرة مستندة إلى الميكروبيوم. بينما تعالج التقدمات في طرق الاستخراج، وأنظمة الناقلات النانوية، وعلم الأحياء الاصطناعي التحديات المتعلقة بالتوافر الحيوي وقابلية التوسع، لا تزال قضايا مثل التوحيد، والتحقق في الجسم الحي، والمصادر المستدامة قائمة. يجب أن تركز اتجاهات البحث المستقبلية على الاكتشاف الموجه بواسطة الأومكس، والبروتوكولات المتناغمة، والتكامل في العلاجات الميكروبية، ونماذج الزراعة البيئية لضمان الاتساق والمسؤولية البيئية. إن نهجًا متعدد التخصصات يدمج بين التكنولوجيا الحيوية البحرية، وعلم البيئة الميكروبية، والعلوم السريرية أمر ضروري لتحقيق الإمكانات العلاجية للمركبات النشطة بيولوجيًا المستمدة من الطحالب في إدارة الصحة الميكروبيولوجية.
طرق
تؤكد قسم الطرق على أهمية تحسين تقنيات الاستخراج والتنقية للمركبات النشطة بيولوجيًا المستمدة من الطحالب، والتي تعتبر حاسمة لتطبيقها في الأدوية وعلم البيئة الميكروبية. تعتبر الطرق التقليدية المعتمدة على المذيبات، على الرغم من انتشارها بسبب بساطتها، غالبًا ما تؤدي إلى تقليل العوائد وتدهور استقرار المركبات النشطة بيولوجيًا. بالمقابل، تظهر التقنيات الخضراء الناشئة مثل استخراج السوائل فوق الحرجة، والاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، والاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE)، والتحلل الإنزيمي كفاءة محسنة وصديقة للبيئة. على سبيل المثال، يعزز UAE استعادة المركبات الفينولية من خلال تحسين نقل الكتلة، بينما يسمح التحلل الإنزيمي بالإفراج المستهدف عن البوليسكاريديات الكبريتية تحت ظروف معتدلة.
لقد أظهر استخدام المذيبات الطبيعية العميقة (NADES) وعدًا في تحقيق فلوروتانينات عالية النقاء من *Fucus vesiculosus*، كما تم تأكيده من خلال تحليل HPLC-MS. بالإضافة إلى ذلك، تسهل تقنيات الميتابولوميات المتقدمة وتقنيات الطيف، بما في ذلك مطيافية الكتلة عالية الدقة وNMR، توضيح البنية للمركبات المعقدة، مثل الديتيربينات من *Bifurcaria bifurcata*. على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال التحديات قائمة في توسيع هذه العمليات للتطبيقات الصناعية، خاصة فيما يتعلق باستعادة المذيبات، وتدهور المركبات، وتكاليف العملية بشكل عام. يمكن أن يؤدي دمج طرق الاستخراج مع تكنولوجيا النانو إلى تعزيز التوافر الحيوي وتبسيط سير العمل في التنقية، مما يضع المركبات النشطة بيولوجيًا كعوامل وظيفية ومثبتات للجزيئات النانوية.
نقاش
يؤكد قسم النقاش في ورقة البحث على التنوع الكيميائي الغني للمستقلبات الثانوية المستمدة من الطحالب البحرية الكبيرة، والتي تتشكل بفعل الضغوط البيئية والتكيفات التطورية. تلعب هذه المستقلبات، بما في ذلك الفلوروتانينات، والبوليسكاريديات الكبريتية، والتربينات، والقلويدات، أدوارًا حاسمة في آليات الدفاع عن الطحالب وتفاعلات الأنواع، بينما تقدم أيضًا إمكانات كبيرة للتطبيقات العلاجية. يقوم قاعدة بيانات مستقلبات الطحالب (SWMD) بتوثيق هذه المركبات، كاشفًا عن تعقيدات الهيكل المختلفة والتخصصات البيوسنتيكية عبر الفصائل الطحلبية المختلفة (الطحالب البنية، الحمراء، والخضراء). على الرغم من الأنشطة البيولوجية الواعدة، مثل التأثيرات المضادة للأكسدة، ومعدلة المناعة، والمضادة للبكتيريا، تواجه التطبيقات السريرية لهذه المستقلبات تحديات، بما في ذلك الاستقرار الضعيف، وانخفاض التوافر الحيوي، وبيانات العلاقة بين الهيكل والنشاط (SAR) غير الكافية.
تسلط الورقة الضوء على فئات محددة من المستقلبات، مثل الفلوروتانينات من الطحالب البنية، التي تظهر مجموعة من الأنشطة الحيوية بما في ذلك الخصائص المضادة للميكروبات ومضادة للسرطان، والبوليسكاريديات الكبريتية، التي تُعرف بتأثيراتها المعدلة للمناعة والمضادة للفيروسات. ومع ذلك، غالبًا ما تعيق التقدم العلاجي لهذه المركبات قضايا تتعلق بالتنوع الأيضي، وتعقيد الهيكل، والحاجة إلى طرق استخراج موحدة. يدعو المؤلفون إلى نهج متكامل يجمع بين الميتابولوميات، والابتكارات التكنولوجية الحيوية، والأطر الصيدلانية لمعالجة هذه التحديات واستغلال الإمكانات الطبية والبيئية للمركبات المستمدة من الطحالب بشكل كامل. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية الطحالب البحرية الكبيرة كمصدر مستدام للمستقلبات النشطة بيولوجيًا مع تداعيات كبيرة على الصحة وإدارة الأمراض.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44340-025-00047-6
Publication Date: 2026-03-09
Author(s): A. Annamalai et al.
Primary Topic: Seaweed-derived Bioactive Compounds
Overview
The global marine biosphere is a rich source of chemical and genetic diversity, making it a promising frontier for drug discovery. Seaweed-derived secondary metabolites, in particular, offer a diverse array of bioactive compounds with significant antimicrobial, immunomodulatory, and microbiota-regulating properties. Notable examples include phlorotannins, sulfated polysaccharides, halogenated terpenoids, and bioactive peptides, which have shown efficacy against drug-resistant pathogens and in restoring microbial balance, thus presenting potential solutions for infectious diseases and dysbiosis-related disorders.
This review emphasizes the dual role of these metabolites as both antimicrobial agents and modulators of host-microbe interactions, paving the way for innovative microbiome-informed therapies. While advancements in extraction methods, nanocarrier systems, and synthetic biology are addressing challenges related to bioavailability and scalability, issues such as standardization, in vivo validation, and sustainable sourcing remain. Future research directions should focus on omics-guided discovery, harmonized protocols, integration into microbiome therapeutics, and ecological cultivation models to ensure consistency and environmental responsibility. An interdisciplinary approach that merges marine biotechnology, microbial ecology, and clinical science is essential for realizing the therapeutic potential of seaweed-derived bioactives in managing microecological health.
Methods
The section on methods emphasizes the importance of optimizing extraction and purification techniques for seaweed bioactives, which are crucial for their application in pharmaceuticals and microecology. Traditional solvent-based methods, while prevalent due to their simplicity, often lead to reduced yields and compromised stability of bioactive compounds. In contrast, emerging green technologies such as supercritical fluid extraction, ultrasound-assisted extraction (UAE), microwave-assisted extraction (MAE), and enzymatic hydrolysis demonstrate improved efficiency and eco-friendliness. For example, UAE enhances the recovery of phenolic compounds by improving mass transfer, while enzymatic hydrolysis allows for the targeted release of sulfated polysaccharides under mild conditions.
The use of natural deep eutectic solvents (NADES) has shown promise in achieving high-purity phlorotannins from *Fucus vesiculosus*, as confirmed by HPLC-MS profiling. Additionally, advanced metabolomic and spectrometric techniques, including high-resolution mass spectrometry and NMR, are facilitating the structural elucidation of complex compounds, such as diterpenes from *Bifurcaria bifurcata*. Despite these advancements, challenges remain in scaling these processes for industrial applications, particularly concerning solvent recovery, compound degradation, and overall process costs. Integrating extraction methods with nanotechnology could potentially enhance bioavailability and streamline purification workflows, positioning bioactives as both functional agents and nanoparticle stabilizers.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the rich chemical diversity of secondary metabolites derived from marine macroalgae, which are shaped by ecological pressures and evolutionary adaptations. These metabolites, including phlorotannins, sulfated polysaccharides, terpenoids, and alkaloids, play crucial roles in algal defense mechanisms and interspecies interactions, while also presenting significant potential for therapeutic applications. The Seaweed Metabolite Database (SWMD) catalogs these compounds, revealing distinct scaffold complexities and biosynthetic specializations across different algal phyla (brown, red, and green algae). Despite promising biological activities, such as antioxidant, immunomodulatory, and antibacterial effects, the clinical application of these metabolites faces challenges, including poor stability, low bioavailability, and insufficient structure-activity relationship (SAR) data.
The paper highlights specific classes of metabolites, such as phlorotannins from brown algae, which exhibit a range of bioactivities including antimicrobial and anticancer properties, and sulfated polysaccharides, which are recognized for their immunomodulatory and antiviral effects. However, the therapeutic advancement of these compounds is often hindered by issues related to metabolic variability, structural complexity, and the need for standardized extraction methods. The authors advocate for an integrated approach combining metabolomics, biotechnological innovations, and pharmacological frameworks to address these challenges and fully exploit the medicinal and ecological potential of seaweed-derived compounds. Overall, the findings underscore the importance of marine macroalgae as a sustainable source of bioactive metabolites with significant implications for health and disease management.