Tato studie se snažila zjistit, zda se fytochemikálie se známou funkcí pro lidské zdraví nacházejí v chininovníku (Rauvolfia caffra), rostlině používané jako lék mezi tradičními komunitami v mnoha zemích k léčbě nádorů a dalších onemocnění spojených s oxidačním stresem. Přítomnost takových fytochemikálií by potvrdila domorodé znalosti tradičních komunit o její léčivé hodnotě a postavila chininovník jako kandidáta na využití pomocí moderních biotechnologií. Zjistili jsme, že R. caffra je bohatý na antioxidanty a obsahuje několik známých fytochemikálií, z nichž dvě vykazovaly antagonistický účinek.
Ekologie a popis rostlin: Bylo potvrzeno, že chininovníky rostou na lokalitách, které byly dříve popsány tradičními praktiky v Kuria v západní Keni. Nalezli jsme tři izolované stromy rostoucí poblíž údolí s potokem tekoucím asi 500 metrů od stromu. Listy byly na horním povrchu leskle zelené, což naznačuje přítomnost vosku na epidermální vrstvě. Květy měly samčí i samičí rozmnožovací znaky, přičemž prašníky se objevovaly nad stigmaty.
Kvininový strom jako bohatý antioxidant
Všechny testy ukázaly, že methanol použitý jako negativní kontrola měl 0,00% inhibici volných radikálů, zatímco komerčně dostupný kvercetin použitý jako pozitivní kontrola inhiboval v rámci očekávaných hodnot (82,63 % ± 2,00), což dodává metodě důvěryhodnost jako spolehlivému testu antioxidační aktivity. Extrakty ze vzorků kůry kmene R. caffra vykazovaly inhibici volných radikálů 79,65 % ± 1,86, zatímco listy 70,55 % ± 1,26 (tab. 1). Mezi aktivitou extraktů z kůry stonku R. caffra a standardního kvercetinu při vymývání volných radikálů nebyl statisticky významný rozdíl (p > 0,05), což naznačuje, že R. caffra je konkurenčně silný antioxidant. Je totiž pravděpodobné, že antioxidační aktivita R. caffra je silnější než kvercetinu, vzhledem k tomu, že vzorky testované v této studii byly surové extrakty, zatímco komerční produkt je obvykle purifikovaná sloučenina.
Pozorování vyšší antioxidační aktivity u extraktů z kůry stonku ve srovnání s listy bylo v souladu s předchozími zjištěními, která testovala rostlinu na antimikrobiální aktivitu. Proč jsou extrakty z kůry stonku lepším antioxidantem, není jasné, ale může to pravděpodobně souviset se systémem skladování rostliny nebo s přítomností antagonistických polyfenolů v listech.
Fytochemické složení R. caffra
Screening fytochemikálií v surových extraktech z listů a kůry stonku R. caffra odhalil následující třídy sloučenin: alkaloidy, terpenoidy, saponin, srdeční glykosidy a steroidy (tabulka 2). Tyto výsledky byly konzistentní pro každou třídu sloučenin i při použití různých testů/přístupů, i když s jemnými rozdíly v množství. Detekce alkaloidů, terpenoidů, saponinu, srdečních glykosidů a steroidů potvrdila, že vzorky R. caffra skutečně obsahují molekuly známé svou antioxidační aktivitou. Tato zjištění potvrzují hodnotu domorodých znalostí při identifikaci rostlin pro farmaceutické využití. Použití chinovníku v tradiční medicíně je potvrzeno přítomností fytochemikálií se známými zdravotními účinky. Přítomnost srdečních glykosidů v R. caffra může vysvětlovat, proč se bylina tradičně používá k léčbě srdečních onemocnění.
Na základě fyziologie rostlin by R. caffra a podobné stromy měly obsahovat fenoly a třísloviny. Ty však překvapivě nebyly zjištěny ani při použití vícenásobných testů. Je možné, že většina polyfenolů se ztratila v systému rozpouštědel (hexan a DCM), než byly extrakty podrobeny následné analýze na methanolu. R. caffra měla listy, které byly na horním povrchu lesklé. Vosk, který je zodpovědný za lesklý vzhled listů, obvykle obsahuje fytochemikálie včetně flavonoidů, fenolů a sterolů.
Antagonistická bioaktivita alkaloidů a saponinů
Ačkoli surové extrakty ze vzorků kůry stonků a listů R. caffra vykazovaly antioxidační aktivitu (inhibice volných radikálů) 79 %, resp. 70 % (tab. 1), analýza frakcí ukázala, že aktivita se liší v závislosti na fytochemickém složení. Nejsilnější antioxidační aktivita byla pozorována u frakcí obsahujících alkaloidy, steroidy, terpenoidy, srdeční glykosidy, ale bez saponinů (82,39 %; tab. 3). Frakce, které obsahovaly saponiny, tj. alkaloidy, steroidy, terpenoidy, srdeční glykosidy, saponiny, měly sníženou aktivitu 58,99 %. Alkaloidy měly pouze 63% aktivitu, ale frakce obsahující kombinaci alkaloidů a saponinů vykazovaly nejslabší antioxidační aktivitu 15 % (tab. 3). Zdá se, že alkaloidy a saponiny mají antagonistickou interakci, alespoň pokud jde o antioxidační aktivitu. To potenciálně snižuje jejich antioxidační aktivitu a případně i účinnost extraktů obsahujících obě sloučeniny. Saponiny pozorované v této studii jsou pravděpodobně steroidy, typ běžný u planě rostoucích rostlin používaných jako byliny, zatímco ty, které se vyskytují u kulturních plodin, jsou převážně triterpenoidní saponiny .
Moderní biotechnologie a optimalizace léčivé hodnoty R. caffra
Tradiční praktičtí lékaři podávají tkáně z chininovníku svým pacientům jako surové extrakty. V této studii ukazujeme antagonistický vztah mezi dvěma fytochemickými látkami (alkaloidy a saponiny), což je pozorování, které může být zřejmé pouze tehdy, když jsou sloučeniny frakcionovány a testovány odděleně. Takový antagonismus, který možná zahrnuje více sloučenin, než bylo pozorováno v této studii, by mohl ovlivnit účinnost surových extraktů používaných v tradiční medicíně. Údaje naznačují, že pro farmaceutické účely by se alkaloidy a saponiny měly v léčivých přípravcích vzájemně vylučovat. Dále podávání surových extraktů nebere v úvahu možnost, že by některé sloučeniny mohly existovat v toxickém množství. Například je známo, že saponiny mají lytický účinek na membrány erytrocytů, přičemž se předpokládá, že tento hemolytický účinek je důsledkem afinity aglykonové části k membránovým sterolům, zejména cholesterolu , s nímž tvoří nerozpustné komplexy. Dále bylo zjištěno, že dietní saponiny brání vstřebávání mikroživin a snižují stravitelnost bílkovin pravděpodobně tvorbou málo stravitelných komplexů saponin-bílkoviny . Pozitivní však je, že bylo prokázáno, že saponiny ovlivňují příjem živin přes střevní membránu tím, že zvyšují propustnost buněk střevní sliznice in vitro, inhibují aktivní slizniční transport a usnadňují příjem látek, které se normálně nevstřebávají .
Genetické inženýrství metabolických drah: Na rozdíl od rostlinné medicíny zajistí využití moderních biotechnologií při extrakci, purifikaci a navrhování optimálních kombinací účinné lékové formy s optimální bioaktivitou. Ačkoli je genetická manipulace kontroverzním tématem po celém světě, silnější námitky se týkají potravinářských plodin, kde by GM aktivity ovlivnily nechtěně lidskou populaci. Proti manipulaci s volně rostoucími druhy dřevin by bylo možné se postavit pouze na základě možného toku genů na necílové blízce příbuzné druhy dřevin. R. caffra je řídce osídlený zbytkový druh dřeviny, který je čistě samosprašný, tudíž hrozby toku genů jsou omezené.
Variace ve fytochemickém složení: R. caffra je samosprašná rostlina a za normálních okolností by se u ní očekávala nízká úroveň genetické diverzity. Předpokládáme však, že R. caffra má vysokou úroveň genetické diferenciace po vzoru R. serpentina, stejně samosprašných dřevin stejného rodu, u nichž byla zjištěna vysoká úroveň diverzity . Genetická variabilita mezi rostlinnými druhy může odpovídat variabilitě ve fytochemickém složení, a ovlivňovat tak úroveň hojnosti bioaktivních látek. Obtížnost předvídání fytochemického složení, které se může výrazně lišit a které může být v důsledku této variability přijato v toxickém množství, činí R. caffra nevhodným jako surový extrakt, jak se v současnosti praktikuje. Tuto bylinu by bylo nejlépe využívat pomocí moderních biotechnologií, kde lze fytochemické složení kvantifikovat a kontrolovat. Díky novému vývoji v oblasti genového inženýrství lze nyní ovlivňovat fytochemikálie, o nichž je známo, že mají důležité biologické aktivity související s lidským zdravím, jako je antioxidační působení, protizánětlivé a antimikrobiální účinky, pro nepřetržitý přísun vzácných a drahých sekundárních metabolitů. Cílem metabolického inženýrství je upravit složení buněčných metabolitů tak, aby bylo možné produkovat nové sloučeniny, zvýšit množství stávajících sloučenin a/nebo eliminovat nežádoucí sloučeniny. Toho lze dosáhnout zavedením nových genů nebo drah a/nebo zvýšením či odstraněním exprese endogenních drah
.