Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ

Όνοματεπώνυμο Υποψήφιου Διδάκτορα: Δέσποινα Βαραμογιάννη−Μαματσή

Α.Μ.: 2019057517

Ημερομηνία Παρουσίασης: 09/02/2024 Ώρα: 11:00 πμ

Αίθουσα: Μέσω Zoom

https://tuc-gr.zoom.us/j/94407207733?pwd=bWR4c2JKRVhaYjlNV3N3WGZ5VlZqQT09 Meeting ID: 944 0720 7733 Password: 971118

Θέμα Δ.Δ «Βελτίωση ποιότητας υδάτων και βιοπαραγωγή φυσικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας από τη συγκαλλιέργεια θαλάσσιων σπόγγων σε ιχθυοκαλλιεργητικές μονάδες»

Title PhD «Improvement of water quality and bioproduction of high added-value products from the integrated cultivation of marine sponges in fish aquaculture systems»

Επιβλέπων: Νικόλαος Καλογεράκης

Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή: 1. Νικόλαος Καλογεράκης (ΠΟΛ.Κ., ΧΗΜΗΠΕΡ)

2. Εμμανουήλ Μανδαλάκης (ΕΛΚΕΘΕ, ΙΘΑΒΒΥΚ)

3. Αθανάσιος Νταϊλιάνης (ΕΛΚΕΘΕ, ΙΘΑΒΒΥΚ)

4. Δανάη Βενιέρη (ΠΟΛ.Κ., ΧΗΜΗΠΕΡ)

5. Ελευθερία Ψυλλάκη (ΠΟΛ.Κ., ΧΗΜΗΠΕΡ)

6. Loredana Stabili (Università del Salento, IAMC CNR Taranto)

7. Susana P. Gaudêncio (NOVA University of Lisbon, UCIBIO−FCT NOVA)

Περίληψη: Η θαλάσσια καλλιέργεια, υποστηριζόμενη συνήθως από συστήματα θαλάσσιων κλωβών, αποτελεί σημαντική οικονομική δραστηριότητα για πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο και διαδραματίζει αυξανόμενο ρόλο στον εφοδιασμό ψαριών. Τις τελευταίες δεκαετίες, έχει αναφερθεί έντονη δραστηριότητα στη Μεσόγειο Θάλασσα, με την Ελλάδα να είναι ένας από τους σημαντικότερους παραγωγούς τσιπούρας και λαβρακιού παγκοσμίως. Με τη σταδιακή αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού, και κατά συνέπεια, των διατροφικών απαιτήσεων σε ψάρια και προϊόντων ιχθύων, τα συστήματα θαλάσσιας καλλιέργειας αναμένονται να αντιμετωπίσουν ακόμη πιο απαράμιλλη ανάπτυξη. Για την ενίσχυση της παραγωγικότητας, οι ιχθυοκαλλιεργητές χρησιμοποιούν επί του παρόντος μεγαλύτερες ποσότητες ιχθυοτροφών, λιπασμάτων και χημικών ουσιών που είναι απαραίτητες για τη διασφάλιση της υγείας και την ανάπτυξη εντός της καλλιέργειας. Ένα σημαντικό μέρος αυτών των χορηγούμενων ουσιών παραμένει διαλυμένο στη στήλη του νερού ή μπορεί είτε να καταλήξει ως σωματίδια σε θαλάσσια ιζήματα, εγκυμονώντας σημαντικούς κινδύνους για την θαλάσσια και την ανθρώπινη ζωή. Οι ζωοτροφές και τα λιπάσματα, που συνοδεύονται από μαζικές εκκρίσεις περιττωμάτων ιχθύων και άλλων μεταβολικών αποβλήτων τους, είναι η κύρια αιτία για τον εμπλουτισμό των υδάτων και των ιζημάτων κοντά σε ιχθυοτροφεία με θρεπτικά συστατικά. Από την άλλη πλευρά, η μαζική χορήγηση θεραπευτικών ουσιών, όπως αντιβιοτικά, παρασιτοκτόνα, αναισθητικά, απολυμαντικά και ορμόνες, ή υφαλοχρώματα ενισχυμένα με βιοκτόνα που χρησιμοποιούνται για την πρόληψη της βιοεπικάθισης σε βυθισμένες δομές παραγωγής, μπορεί δυνητικά να οδηγήσει σε υψηλά οργανικά φορτία, χημική ρύπανση και βιοσυσσώρευση ρύπων σε αποθέματα ιχθύων ή άλλους θαλάσσιους οργανισμούς. Άλλες χημικές εισροές περιλαμβάνουν βαρέα μέταλλα και πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (ΠΑΥ) που προέρχονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες στην ξηρά και τη θάλασσα. Συνεπακόλουθα, η ρύπανση από θρεπτικά και οργανικά συστατικά δύναται να προκαλέσει μια σειρά από δυσμενείς περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως υποβάθμιση του νερού, υποξία, βιολογική ρύπανση, ευτροφισμό και καταστροφή των οικοτόπων, με σοβαρές οικονομικές απώλειες για τους ιχθυοκαλλιεργητές. Για να περιοριστεί η ρύπανση σε μία υδατοκαλλιέργεια μέσω οικολογικά βιώσιμων και κοινωνικά αποδεκτών τρόπων, τα ολοκληρωμένα συστήματα πολυτροφικής υδατοκαλλιέργειας (ΙΜΤΑ) αναδεικνύονται ως εφικτή λύση. Τέτοια συστήματα συνδυάζουν την ιχθυοκαλλιέργεια με την εκτροφή δευτερευόντων ειδών, με τρόπο που τα θρεπτικά συστατικά και τα απόβλητα των ψαριών ανακυκλώνονται για την προώθηση της ανάπτυξης των συγκαλλιεργούμενων οργανισμών, ενώ έχουν τη δική τους οικονομική αξία. Κατά την πάροδο των χρόνων, αρκετοί οργανισμοί έχουν αναδειχθεί ως πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για συστήματα ολοκληρωμένης υδατοκαλλιέργειας. Μεταξύ αυτών, οι θαλάσσιοι σπόγγοι επιφυλάσσουν μεγάλο δυναμικό υπό το πρίσμα των έμφυτων ιδιοτήτων τους ως θαλάσσια φίλτρα και της ικανότητάς τους να συγκρατούν μια ποικιλία οργανικών υδατογενών ουσιών, σωματιδιακής ή διαλυμένης μορφής. Πέρα από το υψηλό δυναμικό βιοαποκατάστασης ως προς μία πληθώρα βιολογικών και οργανικών ρύπων, η βιομάζα των σπόγγων θεωρείται «ορυχείο χρυσού», δεδομένου των εφαρμογών της σε διάφορους βιοτεχνολογικούς τομείς, ως σφουγγάρια μπάνιου αλλά και πηγές βιοδραστικών ενώσεων. Αν και ελπιδοφόρα, μόνο λίγες υπάρχουσες μελέτες έχουν συλλάβει την ιδέα της «βιοαποκατάστασης/βιοπαραγωγής με γνώμονα τους σπόγγους» σε υδατοκαλλιέργειες παγκοσμίως, με την Ελλάδα να απουσιάζει πρακτικά από την έρευνα αυτή. Λαμβάνοντας υπόψη τον ακμάζοντα τομέα της υδατοκαλλιέργειας στον ελλαδικό χώρο και την πλούσια ποικιλία σε σπόγγους που υπάρχει στο Αιγαίο Πέλαγος, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί η δυνατότητα ενσωμάτωσης των γηγενών ειδών σπόγγων σε ιχθυοτροφικές μονάδες. Στόχος αυτής της διατριβής είναι (α) να αξιολογήσει την ικανότητα βιοαποκατάστασης των κρητικών σπόγγων μέσω ελεγχόμενων εργαστηριακών πειραμάτων που περιλαμβάνουν βιολογικούς και χημικούς ρύπους μιας ιχθυοκαλλιέργειας και (β) να διερευνήσει το δυναμικό αξιοποίησης των καλλιεργήσιμης βιομάζας μέσω της στοχευμένης ανάλυσης γνωστών μεταβολιτών και ελέγχου της βιοδραστικότητας των εκχυλισμάτων τους. Τα πειράματα καθαρισμού εφαρμόστηκαν για τους τέσσερις ευρέως διαδεδομένους μεσογειακούς σπόγγους Agelas oroides, Axinella cannabina, Chondrosia reniformis και Sarcotragus foetidus, οι οποίοι επιλέχθηκαν βάσει της υψηλής φυσικής τους αφθονίας και απόδοσης/ανάπτυξης τους σε πειραματική σπογγοκαλλιέργεια. Η ικανότητα εξυγίανσης βιολογικά ρυπασμένων υδάτων ιχθυοκαλλιέργειας αξιολογήθηκε εργαστηριακά ως προς τρεις φυτοπλαγκτονικούς οργανισμούς, σε μια προσπάθεια προσομοίωσης της απόκρισης των σπόγγων σε ευτροφικά περιβάλλοντα με άνθιση φυτοπλαγκτού. Τα εξεταζόμενα μικροφύκη παρουσίαζαν διαφορετικά χαρακτηριστικά μεγέθους/κινητικότητας και ανήκαν στα γένη Nannochloropsis sp. (~3.2 μm, μη κινητικό), Isochrysis sp. (~3.8 μm, κινητικό) και Phaeodactylum (~21.7 μm, μη κινητικό). Μοσχεύματα σπόγγων εκτέθηκαν για 7 ώρες σε θαλασσινό νερό εμπλουτισμένο με μικροφύκη υπό διαφορετικές πειραματικές συνθήκες. Αρχικά, αποδείχθηκε ότι και οι τέσσερις υποψήφιοι σπόγγοι ήταν σε θέση να διατηρήσουν την ικανότητα καθαρισμού τους σε διάστημα τεσσάρων ή πέντε διαδοχικών ημερών. Υπό έκθεση σε μία βαθμίδα κυτταρικών συγκεντρώσεων που προσομοίαζαν ολιγοτροφικά έως και εξαιρετικά ευτροφικά συστήματα, οι σπόγγοι διατήρησαν τη βέλτιστη ικανότητα φιλτραρίσματός τους. Το ίδιο εύρημα ίσχυσε εν μέρει και υπό έκθεση σε διαφορετικές συνθήκες φωτισμού. Διαφορετικές προτιμήσεις πρόσληψης παρατηρήθηκαν μεταξύ των εξεταζόμενων σπόγγων για μικροφύκη με διακριτό μέγεθος και κινητικά χαρακτηριστικά. Συνολικά, οι μελετώμενοι σπόγγοι εμφάνισαν ένα ευρύ φάσμα αποτελεσματικοτήτων συγκράτησης των διαφορετικών κυττάρων φυτοπλαγκτού που εξετάστηκαν, με τις υψηλότερες μέσες τιμές να σημειώνονται για τα είδη A. oroides (70%) και S. foetidus (44%). Οι ίδιοι υποψήφιοι σπόγγοι διερευνήθηκαν περαιτέρω για την ικανότητά τους να αφαιρούν από το νερό διαλυμένους οργανικούς ρύπους που απαντώνται σε περιβάλλοντα υδατοκαλλιέργειας. Αυτή η σειρά εργαστηριακών πειραμάτων περιλάμβανε την έκθεση σε (i) μεμονωμένες χημικές ουσίες που ανήκουν στα αντιβιοτικά (π.χ. οξυτετρακυκλίνη), αντιρρυπαντικά επιχρίσματα (π.χ. diuron και Irgarol 1051) και πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (π.χ. 2,6- διμεθυλναφθαλένιο και φαινανθρένιο), αλλά και (i) πολύπλοκα οργανικά μείγματα, που περιλάμβαναν διηθήματα ιχθυοτροφών και περιττωμάτων ψαριών. Όλοι οι σπόγγοι ήταν ικανοί να προσλαμβάνουν τις διάφορες οργανικές ουσίες, επιδεικνύοντας έντονη προτίμηση στους λιπόφιλους ρύπους. Για να ενισχυθεί περαιτέρω αυτό το επιχείρημα, μια ισχυρή θετική συσχέτιση αποκαλύφθηκε μεταξύ της καθαριστικής δράσης των σπόγγων και της υδροφοβικότητας των υποστρωμάτων. Μεταξύ των εξετασθέντων σπόγγων, το A. oroides επέδειξε την υψηλότερη απόδοση κατακράτησης ως προς μία ποικιλία διαλυμένων οργανικών ουσιών, με τα υψηλότερα ποσοστά να αναφέρονται για τους εξαιρετικά λιπόφιλους ρύπους. Σε μεταγενέστερο στάδιο, θελήσαμε να διερευνήσουμε τις διεργασίες που διέπουν την απομάκρυνση της διαλυμένης οργανικής ύλης (DOM) μέσω των σπόγγων. Σε όλα τα είδη που μελετήθηκαν, το ενεργό φιλτράρισμα βρέθηκε να παίζει κυρίαρχο ρόλο στην αφομοίωση των διαλυμένων ρύπων. Κάτι τέτοιο δικαιολογήθηκε από τους αυξανόμενους ρυθμούς που παρατηρήθηκαν μέσω αυτού του μηχανισμού σε σχέση με τις τιμές που προέκυψαν από την παθητική προσρόφηση των ρύπων στην επιφάνεια των νεκρών σπόγγων. Τέλος, οι προσλαμβανόμενοι ρύποι φάνηκαν να συγκρατούνται έντονα από τους σπόγγους και μετά βίας να επαναπελευθερώνονται στο θαλασσινό νερό ως αποτέλεσμα εκρόφησης ή μηχανισμών απέκκρισης των σπόγγων. Το τελικό κριτήριο για την αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητας των γηγενών σπόγγων σε ολοκληρωμένα συστήματα υδατοκαλλιέργειας, ήταν το δυναμικό αξιοποίησης της καλλιεργούμενης βιομάζας τους. Για το λόγο αυτό, τα είδη με τις καλύτερες επιδόσεις ως προς το δυναμικό βιοαποκατάστασης, επιλέχθηκαν για καλλιέργεια και αναλύθηκαν περαιτέρω για στοχευμένα γνωστά βιομόρια και βιοδραστικότητες. Η ίδια διαδικασία υλοποιήθηκε σε φυσικούς πληθυσμούς σπόγγων, για να εκτιμηθεί η επίδραση της καλλιέργειας στο φυσικό δυναμικό βιοπαραγωγής. Στα εκχυλίσματα που μελετήθηκαν ανακαλύφθηκε μια σειρά φυσικών προϊόντων, με βιοδραστικές ενώσεις που ανήκαν σε αλκαλοειδή, βενζενοειδή, ινδόλες, λιπίδια και πολυκετίδια. Η μεταβολομική ανάλυση αποκάλυψε επίσης χημικά μοτίβα ειδικά για κάθε είδος σπόγγου, με τα εκχυλίσματα των A. oroides και S. foetidus να κυριαρχούνται από αλκαλοειδή και λιπίδια, αντίστοιχα. Ωστόσο, το πιο σημαντικό εύρημα ήταν ότι τα καλλιεργούμενα και φυσικά μοσχεύματα κάθε είδους σπόγγου εμφάνισαν παρόμοια χημικά αποτυπώματα, με την πλειονότητα των μεταβολιτών να εμφανίζουν μικρές διαφορές ως προς το περιεχόμενό τους και ως προς τα επίπεδα παραγωγής τους. Επιπλέον, τα εκχυλίσματα καλλιεργημένων σπόγγων παρουσίασαν παρόμοια ή ελαφρώς χαμηλότερη αντιβακτηριδιακή δράση έναντι του Staphylococcus aureus που είναι ανθεκτικός στη μεθικιλλίνη, σε σύγκριση με τα εκχυλίσματα που προέρχονταν από φυσικούς πληθυσμούς σπόγγων. Οι βιολογικές δοκιμασίες ως προς ανθρώπινα κύτταρα ορθοκολικού καρκινώματος (HCT-116) αποκάλυψαν οριακά δραστικά εκχυλίσματα τόσο από φυσικούς όσο και από καλλιεργημένους πληθυσμούς του είδους S. foetidus. Όπως φαίνεται, οι θαλάσσιοι σπόγγοι, μαζί με άλλους θαλάσσιους οργανισμούς, φιλοξενούν μία μεγάλη ποικιλία βιοδραστικών ενώσεων με δυνητικές βιοτεχνολογικές εφαρμογές στη βιομηχανία φαρμάκων, καλλυντικών και τροφίμων. Στο πλαίσιο αυτό, παρέχεται μια ολοκληρωμένη επισκόπηση των πιο δημοφιλών βιοδοκιμών που χρησιμοποιούνται στη βιοανακάλυψη φυσικών προϊόντων, μαζί με τις ιδιότητές τους και τις πρακτικές εκτιμήσεις για την επιλογή τους. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην εξερεύνηση αντιμικροβιακών, αντιβιοφίλμ, κυτταροτοξικών, αντιικών, αντιοξειδωτικών και αντιγηραντικών ιδιοτήτων των εκχυλισμάτων. Επιπλέον, παρουσιάζονται διεργασίες ποιοτικού ελέγχου καθώς και διαγράμματα ροής που εμπλέκονται στην ταυτοποίηση και τον καθαρισμό των ενώσεων, καθοδηγούμενες από βιολογικές δοκιμές. Η ανασκόπηση ολοκληρώνεται με μία επικεντρωμένη στην πράξη έρευνα ως προς την ανακάλυψη φαρμάκων, συμπληρωμάτων διατροφής και καλλυντικών, ως βιομηχανικές οδοί που συνήθως προμηθεύονται με φυσικά προϊόντα θαλάσσιας προέλευσης. Παρουσιάζονται, επίσης, ζητήματα ασφάλειας και κανονισμών που είναι κρίσιμα για τη αναβάθμιση των ουσιών σε υψηλότερο στάδιο ανάπτυξης, μαζί με βλέψεις και τάσεις για το μέλλον. Εν κατακλείδι, η σπογγoκαλλιέργεια μπορεί να θεωρηθεί ως αποτελεσματική τεχνολογία αποκατάστασης ρυπασμένων μονάδων υδατοκαλλιέργειας, αλλά και μία πολλά υποσχόμενη πηγή φυσικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Με βάση το δυναμικό βιοαποκατάστασης/βιοπαραγωγής των διαφόρων ειδών σπόγγων που μελετήθηκαν καθ’ όλη τη διατριβή, τόσο το A. oroides όσο και το S. foetidus προτείνονται ως οι καλύτεροι υποψήφιοι για μελλοντική συγκαλλιέργεια σε ιχθυοκαλλιεργητικές μονάδες.

Abstract:

Mariculture, typically supported by marine cage systems, constitutes a significant economic sector for several countries across the world and plays an increasing role in fish supply. During the last decades, a pronounced activity has been reported in the Mediterranean Sea, with Greece being one of the major producers of seabream and seabass finfish worldwide. With the gradual increase of global population, and consequently, the demands for fish and fish-related products, mariculture systems are expected to face an even more unparalleled growth. To enhance productivity, fish farmers currently use larger densities of feed, fertilizers and chemicals that are necessary to ensure the health and growth within the culture. A significant portion of these administered substances remains freely dissolved in the water column, or can either end up as particles in marine sediments, leading to sound threats for aquatic and human life. Feeds and fertilizers, accompanied by massive excretions of fish faeces and other metabolic waste products are the main cause for nutrient enrichment of water and sediments near fish farms. On the other hand, aggressive administration of therapeutants, such as antibiotics, parasiticides, anesthetics, disinfectants and hormones, or antifouling booster biocides that are used to prevent fouling in submerged production structures, can potentially lead to high organic loadings, chemical pollution and bioaccumulation of contaminants in fish stocks or other marine life. Other chemical inputs include heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) resulted from off- and on-shore anthropogenic activities. As a result, nutrient and organic pollution can provoke a series of adverse effects, including water deterioration, hypoxia, biological pollution, eutrophication and habitat destruction, with severe economic losses for fish farmers. To alleviate aquaculture pollution through eco-sustainable and socially acceptable manners, integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) systems emerge as feasible solution. Such systems combine fish aquaculture with rearing of secondary extractive species, in a way that nutrients and fish wastes are recycled to promote growth of the co-cultured organisms, while they have their own economic value. Over the years, many organisms have been documented as promising IMTA candidates. Among them, marine sponges hold a great potential in the light of their innate filterfeeding properties and their capability to retain a variety of organic waterborne substances, from particulate to dissolved forms. Besides their high bioremediation capacity for an array of biological and organic pollutants, their biomass is considered a “gold mine”, given their applicability in various biotechnological fields, from bath sponges to bioactive compounds resources. However promising, only few existing studies have conceived the “sponge-driven bioremediation/bioproduction” concept in aquacultures worldwide, with Greece being practically inactive. Considering the thriving aquaculture sector of Greece and the vast diversity of sponges existing in Aegean Sea, it is essential to gain a better view of the integration potential of native sponge species in fish farms. The aim of this dissertation is to (a) assess the bioremediation capacity of Cretan sponges through controlled laboratory experiments involving typical aquaculture biological and chemical pollutants and to (b) explore the valorization potential of candidate sponges through the targeted analysis of known metabolites and bioactivity screening. The cleanup experiments were employed for the four ubiquitous Mediterranean sponges Agelas oroides, Axinella cannabina, Chondrosia reniformis and Sarcotragus foetidus, which were distinguished for their high natural abundance and rearing performance. The in vitro capability to mitigate aquaculture-related biological pollution was assessed for three phytoplanktonic cells, in an attempt to simulate sponges’ response to eutrophic algal blooms. The tested microalgal substrates were exhibiting different size/motility characteristics and belonged to genera of Nannochloropsis sp. (~3.2 µm, nonmotile), Isochrysis sp. (~3.8 µm, motile), and Phaeodactylum (~21.7 µm, nonmotile). Sponge explants were exposed for 7 h to microalgae-enriched seawater under different experimental setups. First, it was shown that all four candidates were capable of retaining their cleanup capacity across a span of four or five successive days. When exposed to varying cell concentrations approximating the gradient from oligotrophic to highly eutrophic systems, sponges maintained their optimal filtering activity. The same argument was partially true when exposed to different illumination conditions. Different feeding preferences were observed among sponge species for microalgal substrates with distinct size and motility traits. Overall, the study sponges exhibited a wide range of retention efficiencies for the different phytoplankton cells, with the highest average values found for the species A. oroides (70%) and S. foetidus (44%). The same candidate sponges were further investigated for their ability to remove typical aquaculture-related dissolved organic pollutants from seawater. This series of in vitro experiments involved the exposure to (i) individual chemicals belonging to antibiotics (i.e., oxytetracycline), antifouling biocides (i.e., diuron and Irgarol 1051) and polycyclic aromatic hydrocarbons (i.e., 2,6- dimethylnapththalene, phenanthrene), as well as (ii) complex organic mixtures, involving filtrates of fish feed and excreta. All sponges were capable of uptaking the various organic substances, by exhibiting a pronounced preference for lipophilic pollutants. To further support this argument, a strong positive correlation was revealed between sponge’s cleanup capacity and substrate hydrophobicity. Among the examined sponges, A. oroides demonstrated the greatest filtering performance across an array of dissolved organic substances, with the highest rates reported for the highly lipophilic pollutants. At a later stage, we intended to shed light on the processes dictating dissolved organic matter (DOM) removal by sponges. In all studied species, active pumping was found to play a prominent role in the assimilation of dissolved pollutants. This was explained by the much faster rates exhibited from this mechanism compared to the values derived for passive adsorption of pollutants onto dead sponges’ surface. Finally, the uptaken pollutants were shown to be strongly retained by sponges and they were hardly released back to seawater as a result of desorption or sponge excretory mechanisms. The final criterion to assess native sponges’ suitability in integrated aquaculture, was the valorization potential of their cultivated biomass. For this reason, the best-performing species in terms of bioremediation capacity, were selected for farming and they were further analyzed for targeted known biomolecules and bioactivities. The same procedure was employed to wild sponge populations, to estimate the effect of farming on the natural bioproduction potential. An array of natural products was discovered in the studied extracts, with bioactive compounds belonging to alkaloids, benzenoids, indoles, lipids and polyketides. Metabolomic analysis revealed also speciesspecific chemical patterns, with A. oroides and S. foetidus extracts dominated by alkaloids and lipids, respectively. More importantly, farmed and wild explants of each species demonstrated similar chemical fingerprints, with the majority of the metabolites showing modest differences in their content and on a sponge mass-normalized basis. Furthermore, farmed sponge extracts presented similar or slightly lower antibacterial activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus, compared to the extracts resulting from wild sponges. Anticancer assays against human colorectal carcinoma cells (HCT-116) revealed marginally active extracts from both wild and farmed S. foetidus populations. As shown, marine sponges, along with other marine organisms, harbor a great deal of bioactive compounds with potential biotechnological applications in drug, cosmetics and food industry. In this context, a comprehensive overview of the most popular bioassays used in natural products biodiscovery is provided, along with their properties, and practical considerations for their selection. A particular focus is given on the exploration of antimicrobial, antibiofilm, cytotoxic, antiviral, antioxidant, and anti-ageing potential of the associated extracts. Furthermore, quality control procedures and flowlines involved in bioactivity-guided identification and purification of compounds are introduced. The review concludes with an application-oriented study focusing on drug discovery, dietary supplements, and cosmetics, the industrial pipelines most commonly supplemented with marine-derived natural products. Safety and regulatory issues that are critical to the transition of substances to a higher stage of development are also presented, along with an outlook on trends and future developments. Altogether, sponge farming can be regarded as a promising source of high added-value natural products, in addition to an effective cleanup technology for different types of aquaculture pollution. Based upon the bioremediation/bioproduction potential of the different sponge species investigated throughout this dissertation, both A. oroides and S. foetidus are proposed as the best candidates for future large-scale farming adjacent to fish farms.