Prot. 2022R5JJFC - Turning an environmental threat into an opportunity: the invasive sponge PARAleucilla magna as a source of ecofriendly antiFOULING agents (PARAFOULING)

Le specie marine invasive stanno avendo enormi impatti ambientali ed economici lungo le coste italiane (1). Alcune di esse contengono metaboliti bioattivi i cui effetti sulla fauna e flora autoctona sono oggetto di una crescente letteratura (2–7). Tra gli invertebrati bentonici invasivi, la spugna calcarea Paraleucilla magna è comunemente presente come organismo infestante nelle coltivazioni di mitili italiane e nei porti turistici. La spugna seleziona marcatamente le valve dei mitili come suo substrato, richiedendo sforzi costanti da parte degli allevatori di acquacoltura per controllarne la crescita (8). Il materiale spugnoso risultante dalla pulizia delle file di mitili viene generalmente rilasciato in mare e si accumula sul fondale marino, con effetti dannosi sull'ambiente. Questo enorme materiale di scarto, tuttavia, ha il potenziale per essere sfruttato per ottenere prodotti di alto valore aggiunto di interesse per applicazioni industriali, all'interno di una strategia basata sulla conoscenza per la valorizzazione della biomassa. Attualmente, studi recenti indicano che l'estratto etanolico grezzo di P. magna potrebbe rappresentare una fonte importante di metaboliti anti-incrostanti (9). Questa evidenza è coerente con l'evoluzione delle strategie di difesa chimica negli invertebrati fissili, che li proteggono dagli incrostanti. Si tratta di una soluzione naturale per controllare l'incrostazione che potrebbe essere efficacemente imitata per applicazioni ingegneristiche, verso lo sviluppo di nuovi vernici anti-incrostanti ecologiche (10). In questa prospettiva, il raccolto e lo sfruttamento industriale di P. magna per ottenere i suoi componenti anti-incrostanti potrebbero ridurre sia il suo impatto ambientale nel Mediterraneo, sia portare benefici economici agli allevatori di acquacoltura locali e ai pescatori. Tuttavia, i componenti attivi dell'estratto grezzo di P. magna non sono stati ancora identificati, poiché la composizione chimica della spugna è ancora sconosciuta. Questa mancanza di informazioni impedisce la selezione degli ingredienti attivi più adatti allo sviluppo di nuovi prodotti anti-incrostanti. Un primo impulso della presente proposta di ricerca è quindi colmare il vuoto di conoscenza analizzando la composizione chimica di P. magna lungo le coste italiane. Questa fase di studio preparatoria sarà condotta nei laboratori dell'Istituto di Chimica Biomolecolare (ICB) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), con un'ampia esperienza nello studio dei prodotti naturali marini e del loro ruolo ecologico. I metaboliti purificati verranno poi testati per la loro attività inibitoria sul fissaggio di micro e macro-incrostanti sia presso il Laboratorio di Biologia Marina dell'Università di Trieste, sia presso la Stazione Zoologica "A. Dohrn" di Napoli, sfruttando l'esperienza rilevante, l'infrastruttura e gli strumenti disponibili presso queste due eccellenti istituzioni operanti nel campo delle scienze marine. Per selezionare agenti anti-incrostanti che potrebbero efficacemente sostituire quelli estremamente tossici che sono stati utilizzati per lungo tempo (11), i componenti attivi di P. magna saranno anche testati per la loro tossicità dose-dipendente in vivo.

Marine invasive species are having huge environmental and economic impacts along Italian coasts (1). Some of them contain bioactive metabolites whose effects on the native fauna and flora are the subject of a growing literature (2–7). Among invasive benthic invertebrates, the calcareous sponge Paraleucilla magna commonly occurs as invasive fouler in Italian mussel farms and marinas. The sponge markedly selects mussel shells as its substrate, requiring constant efforts by aquaculture farmers to control its growth (8). The sponge material resulting from the cleaning of mussel rows is generally released at sea and accumulates on the seabed, with harmful effects on the environment. This huge waste material, however, has the potential to be exploited to obtain high added-value products of interest for industrial applications, within a knowledge-based strategy for biomass valorization. Actually, recent studies indicate that the crude ethanolic extract of P. magna could represent an important source of antifouling metabolites (9). This evidence is consistent with the evolution of chemical defense strategies in sessile invertebrates, which protect them from biofoulers. It is a natural solution to control fouling that could be effectively mimicked for engineering applications, towards the development of novel environmental-friendly antifouling paints (10). In this view, the harvesting and industrial exploitation of P. magna to obtain its antifouling components could both reduce its environmental impact in the Mediterranean, and bring economic benefits to local aquaculture farmers and fishermen. However, the active components of the crude extract of P. magna have not been identified yet, since the chemical composition of the sponge is still unknown. This lack of information prevents the selection of the active ingredients most suited for the development of novel antifouling products. A first thrust of the present research proposal is thus to fill the knowledge gap by analyzing the chemical composition of P. magna living along Italian coasts. This preparatory study phase will be conducted at the laboratories of the Institute of Biomolecular Chemistry (ICB) of the Italian National Research Council (CNR), with extensive experience in the study of marine natural products and their ecological role. Purified metabolites will be then tested for their inhibitory activity on the settlement of micro- and macrofoulers both at the Marine Biology Laboratory of the University of Trieste, and at the Stazione Zoologica “A. Dohrn” of Naples, taking advantage of the relevant expertise, infrastructure and instrumentation available at these two excellent institutions operating in the field of marine sciences. To select antifouling agents that could effectively substitute the extremely toxic ones that have been used for long time (11), the active components of P. magna will be also tested for their dose-dependent toxicity in vivo.