Research

Cultivation of sponges

Pagina-navigatie:

Main

Update Research data

Title	Cultivation of sponges
Period	01 / 2007 - 12 / 2012
Status	Completed
Research number	OND1336781

Abstract

Description:
In the present proposal original techniques are used and combined to understand mechanisms of production of a bioactive compound in a sponge, which has never been done before. Innovative approaches include:

1. it is speculated but so far it was never demonstrated that bioactive compound production can be enhanced under stress conditions.
2. we have built up unique expertise to study sponges in situ and to control the local conditions at the same time (Koopmans et al. 2008a,b,d,e).
3. we make use of analytical technology via which it is not only possible to analyze the bioactive compounds for which we have the standards (e.g. avarol) but also are able to identify unknown metabolites at sub-microgram level and thus obtain information of the intermediates in the biosynthetic routes.

Parallel to the proposed project we work on the development of immortalized sponge cell lines and can directly apply in situ know how to in vitro culture conditions and in that way develop strategies for biotechnological production of bioactive compounds from sponges.

Research objectives:
This research will be used to develop further projects on metabolic flux modeling of bioactive compounds in sponges and to develop techniques for inducing production of these compounds in cell culture. By using the model organism Dysidea avara we expect to develop a general strategy for metabolic flux modeling and responsible cell determination and cell culture developments in the future.

Results and products:
Objectives indicated above are the general objectives of our sponge research and this grant is used to bridge the gap between running projects for development of new collaborative projects.
Sonia de Caralt (CEAB-CSIC, WU) obtained her doctorate degree in 2007. She did in situ studies on growth of sponges, isolation of larvae from sponges and development of larvae into sponges. Her research showed that although sponges grow slowly, growth is stimulated after damage. Also undifferentiated sponges (larvae) grow fast. From this research hypothesis were developed about factors stimulating growth. Klaske Schippers studies this further in her PhD research.
Dominick Mendola (EU) finished his thesis in 2008 on a study on the relation between flow, food uptake and development of sponges. Dominick showed that sponges are very dynamic organisms.
Marieke Koopmans (NWO-ALW) will defend her PhD thesis in 2009 on growth and metabolism in sponges. Results obtained by Sonia de Caralt were confirmed for other species and in addition to that Marieke showed that as a response to damage the rate of metabolic processes in sponges increased. Next steps will consist out of studying an increase in production of bioactive components. Research proposals are in preparation for this.
The research Cultivation of sponges is focused on development of a technology. In order to use the developed technology for development of new medicines from sponges we need to combine this research with research on drug discovery from sponges. Eventually we would like to apply our technology for development of new medicines. The expertise on drug discovery is not available at Wageningen UR and for that reason we started collaborations. We collaborate with Harbor Branch Oceanoraphic Research Institute in US. HBOI has a large drug discovery program. Prof. Shirley A. Pomponi is for that reason in 2009 on a KNAW for a period of 3 months visiting professor at Wageningen University. Together with HBOI we collaborate in larger programs, e.g. in collaboration with NIOF (National Institute of Oceanography and Fisheries). In this collaboration we want as the first group to screen in the Red Sea and to use our technology to develop medicines from components discovered. Target medicines have activity against cancer and hepatitus C.

Abstract (NL)

Doel
Dit onderzoek wordt gebruikt om meer projecten op het gebied van metabole flux modellen in sponzen en om technieken te ontwikkelen voor stimulering van productie van deze componenten in celculturen. Door gebruik te maken van het modelorganisme Dysidea avara verwachten wij een algemen strategie te kunnen ontwikkelen voor metabole flux modellen en bepaling van de cellen waarin de componenten geproduceerd worden ten behoeve van celcultuur in de toekomst.
Deelnemers
Prof.dr.ir. Rene H. Wijffels, Dr.ir. Dirk E. Martens, Dr. Dominick Mendola, Dr. Sonia de Caralt, Ir. Marieke Koopmans, ir. Klaske Schippers, Prof. Dr. Shirley A., Pomponi.

Werkwijze
In het huidige onderzoek maken wij gebruik van originele technieken welke worden toegepast om het mechanisme van productie van bioactieve stoffen in sponzen te begrijpen. Tot nu toe is deze benadering nog nooit geprobeerd; innovatieve aspecten zijn dan ook:

1. Gespeculeerd wordt, maar het is nog nooit bewezen dat productie van bioactieve componenten wordt gestimuleerd door stress
2. Wij hebben unieke expertise opgebouwd om sponzen in situ te kunnen bestuderen. In situ is het mogelijk de locale condities te controleren (proefschrijft Marieke Koopmans 2009
3. Wij maken gebruik van analytische technieken waarmee we niet alleen de target componenten waarvoor we de standaarden hebben kunnen bepalen (avarol), maar tevens kunnen wij onbekende metabolieten in lage concentraties bepalen. Hiermee verkrijgen wij informatie over de biosynthetische routes.

Parallel aan het huidige onderzoek werken wij aan de ontwikkeling van geimmortaliseerde cellijnen waardoor wij direct in situ know how kunnen toepassen in in vitro kweekomstandigheden. Hiermee ontwikkelen wij een strategie voor de biotechnologische productie van bioactieve componenten met behulp van sponzen.

Resultaten
Bovengenoemde doelen zijn de algemene doelen van ons sponsonderzoek en de beurs wordt gebruikt ter overbrugging van lopende projecten naar samenwerkingsprojecten in de komende jaren.
Sonia de Caralt (CEAB-CSIC, WU) is in 2007 gepromoveert en heeft veel in situ studies gedaan naar groei van sponzen en isolatie van sponslarven en ontwikkeling van larven tot nieuwe sponzen. Dit onderzoek liet zien dat sponzen weliswaar langzaam groeien, maar na beschadiging veel sneller groeien. Ook ongedifferentieerde sponzen (de larven) groeien snel. Hieruit zijn hypotheses geformuleerd over stimulusfactoren voor groei, waar Klaske Schippers momenteel onderzoek aan doet.
Dominick Mendola (EU) is in 2008 gepromoveert op een studie naar de relatie tussen stroming en voedselopname en ontwikkeling van sponzen. Aangetoond is dat sponzen juist heel dynamische organismen zijn.
Marieke Koopmans (NWO-ALW) promoveert in 2009 op groei en metabolisme in sponzen. Resultatem verkregen door Sonia de Caralt zijn hierin bevestigd voor andere sponssoorten en zij heeft laten zien dat beschadigingen tot grotere metabole activiteit leidt. De vervolgstappen bestaan uit het kijken naar productie van bioactieve componenten waarvoor we momenteel projectvoorstellen in voorbereiding hebben.
Het onderzoek Kweken van sponzen is gericht op de ontwikkeling van technologie. Om de technologie te gebruiken voor de ontwikkeling van medicijnen tegen ziekten waar nu geen medicijnen voor zijn dient dit gecombineerd te worden met drug discovery programma s. Uiteindelijk willen we technologie dan toepassen op unieke sponsssoorten die unieke medicijnen ontwikkelen. Deze expertie van drug discover is niet aanwezig in Wageningen en dus wordt momenteel insamenwerkin de onderzoekslijn opgezet. Hiervoor werken wij samen met Harbor Branch Oceanographic Institute in de VS. Zij hebben uitgebreide discoer programma s. Prof. Shirley Pomponi is in dit kader in 2009 een drietal maanden visiting professor aan WU dankzij een KNAW beurs. Samen met HBOI werken we aan grotere programma s, o.a. in samenwerking met NIOF (National Institute of Oceanography and Fisheries) om als eersten te gaan screenen in de Rode Zee en onze technologie te gebruiken hieruit medcijnen te ontwikkelen. Target medicijnen hebben activiteit tegen kankeren hepatitus C.

Publicaties bij dit project zijn beschikbaar via deze Link

Related organisations

Secretariat	Food & Biobased Research (WUR)
Financier	Department of Knowledge (EL&I)

Related people

Project leader	Dr.ir. H.W. Elbersen

Related research (upper level)

Program	KB-02-002 Adaption

Classification

D14500	Chemical technology, process technology
D21300	Biochemistry