Cliona varians-Derived Actinomycetes as Bioresources of Photoprotection-Related Bioactive End-Products

Abstract

Sunscreen and sunblock are crucial skincare products to prevent photoaging and photocarcinogenesis through the addition of chemical filters to absorb or block ultraviolet (UV) radiation. However, several sunscreen and sunblock ingredients, mostly UV filters, have been associated with human and environmental safety concerns. Therefore, the exploration and discovery of promising novel sources of efficient and safer compounds with photoprotection-related activities are currently required. Marine invertebrates, particularly their associated microbiota, are promising providers of specialized metabolites with valuable biotechnological applications. Nevertheless, despite Actinobacteria members being a well-known source of bioactive metabolites, their photoprotective potential has been poorly explored so far. Hence, a set of methanolic extracts obtained from Cliona varians-derived actinomycetes was screened regarding their antioxidant and UV-absorbing capacities (i.e., photoprotection-related activities). The active extract-producing strains were identified and classified within genera Streptomyces, Micrococcus, Gordonia, and Promicromonospora. This is the first report of the isolation of these microorganisms from C. varians (an ecologically important Caribbean coral reef-boring sponge). The in vitro cytotoxicity on dermal fibroblasts of oxybenzone and the selected active extracts revealed that oxybenzone exerted a cytotoxic effect, whereas no cytotoxic effect of test extracts was observed. Accordingly, the most active (SPFi > 5, radical scavenging > 50%) and nontoxic (cell viability > 75%) extracts were obtained from Streptomyces strains. Finally, LC-MS-based characterization suggested a broad chemical space within the test strains and agreed with the reported streptomycetes’ chemodiversity. The respective metabolite profiling exposed a strain-specific metabolite occurrence, leading to the recognition of potential hits. These findings suggest that marine Streptomyces produce photoprotectants ought to be further explored in skincare applications.

Los protectores solares y los bloqueadores solares son productos cruciales para el cuidado de la piel para prevenir el fotoenvejecimiento y la fotocarcinogénesis mediante la adición de filtros químicos para absorber o bloquear la radiación ultravioleta (UV). Sin embargo, varios ingredientes de protectores solares y bloqueadores solares, en su mayoría filtros UV, se han asociado con preocupaciones de seguridad humana y ambiental. Por lo tanto, actualmente se requiere la exploración y el descubrimiento de nuevas fuentes prometedoras de compuestos eficientes y más seguros con actividades relacionadas con la fotoprotección. Los invertebrados marinos, en particular su microbiota asociada, son proveedores prometedores de metabolitos especializados con valiosas aplicaciones biotecnológicas. Sin embargo, a pesar de que los miembros de Actinobacteria son una fuente bien conocida de metabolitos bioactivos, su potencial fotoprotector ha sido poco explorado hasta el momento. Por lo tanto, se evaluó un conjunto de extractos metanólicos obtenidos de actinomicetos derivados de Cliona varians con respecto a sus capacidades antioxidantes y de absorción de UV (es decir, actividades relacionadas con la fotoprotección). Las cepas productoras de extractos activos se identificaron y clasificaron dentro de los géneros Streptomyces, Micrococcus, Gordonia y Promicromonospora. Este es el primer informe del aislamiento de estos microorganismos de C. varians (una esponja perforadora de arrecifes de coral del Caribe ecológicamente importante). La citotoxicidad in vitro sobre los fibroblastos dérmicos de la oxibenzona y los extractos activos seleccionados reveló que la oxibenzona ejercía un efecto citotóxico, mientras que no se observó ningún efecto citotóxico de los extractos de prueba. En consecuencia, los extractos más activos (SPFi > 5, eliminación de radicales > 50%) y no tóxicos (viabilidad celular > 75%) se obtuvieron de cepas de Streptomyces. Finalmente, la caracterización basada en LC-MS sugirió un amplio espacio químico dentro de las cepas de prueba y estuvo de acuerdo con la quimiodiversidad de los estreptomicetos informados. El perfil de metabolitos respectivo expuso una ocurrencia de metabolitos específicos de la cepa, lo que llevó al reconocimiento de posibles éxitos. Estos hallazgos sugieren que los Streptomyces marinos producen fotoprotectores que deben explorarse más a fondo en aplicaciones para el cuidado de la piel.