Denne undersøgelse søgte at fastslå, om fytokemikalier med kendt funktion i menneskers sundhed findes i kinintræet (Rauvolfia caffra), en plante, der anvendes som medicin blandt traditionelle samfund i mange lande til at håndtere tumorer og andre sygdomme forbundet med oxidativt stress. Forekomsten af sådanne fytokemikalier ville bekræfte den oprindelige viden, som de traditionelle samfund har om dens medicinske værdi, og gøre kinintræet til en kandidat til udnyttelse ved hjælp af moderne bioteknologi. Vi fandt, at R. caffra er rig på antioxidanter og indeholder flere kendte fytokemikalier, hvoraf to viste antagonistisk virkning.
Planteøkologi og beskrivelse: Det blev bekræftet, at kinintræer vokser på de lokaliteter, der tidligere blev beskrevet af traditionelle praktiserende læger i Kuria i det vestlige Kenya. Vi fandt tre isolerede træer, der voksede nær en dal med en bæk, der løb ca. 500 meter fra træet. Bladene var skinnende grønne på oversiden, hvilket tyder på tilstedeværelsen af voks på det epidermale lag. Blomsterne havde både mandlige og kvindelige reproduktive træk, med støvknapper, der optrådte over stigmaerne.
Quinintræet som en rig antioxidant
Alle tests viste, at methanol anvendt som negativ kontrol havde 0,00% hæmning af frie radikaler, mens den kommercielt tilgængelige quercetin anvendt som positiv kontrol hæmmede inden for de forventede niveauer (82,63% ± 2,00), hvilket giver troværdighed til metoden som en pålidelig test for antioxidant aktivitet. Ekstrakter fra stammebarkprøver af R. caffra havde en fri radikalhæmning på 79,65 % ± 1,86, mens bladene viste 70,55 % ± 1,26 (tabel 1). Der var ingen statistisk signifikant forskel mellem R. caffra-stambarkekstrakters frie radikalafdræbende aktivitet og standardquercetin (p > 0,05), hvilket tyder på, at R. caffra er en konkurrencedygtig stærk antioxidant. Det er faktisk sandsynligt, at R. caffras antioxidante aktivitet er stærkere end quercetin, da de prøver, der blev analyseret i denne undersøgelse, var rå ekstrakter, mens det kommercielle produkt normalt er en renset forbindelse.
Observationen af højere antioxidant aktivitet i stambarkekstrakterne sammenlignet med bladene var i overensstemmelse med tidligere resultater, der analyserede planten for antimikrobiel aktivitet. Hvorfor stambarkekstrakterne er en bedre antioxidant er ikke klart, men kan muligvis relateres til plantens opbevaringssystem eller tilstedeværelsen af antagonistiske polyfenol(er) i bladene.
Phytokemisk sammensætning af R. caffra råekstrakt
Screening for fytokemikalier i råekstrakter fra blade og stængelbark af R. caffra afslørede følgende klasser af forbindelser: alkaloider, terpenoider, saponin, karteglykosider og steroider (tabel 2). Disse resultater var konsistente for hver klasse af forbindelser, selv når der blev anvendt forskellige test/tilgange, om end med subtile forskelle i hyppigheden. Påvisningen af alkaloider, terpenoider, saponin, hjerteglycosider og steroider bekræftede, at R. caffra-prøverne faktisk indeholdt molekyler, der er kendt for deres antioxidante aktivitet. Disse resultater bekræfter på ny værdien af den indfødte viden ved identifikation af planter til farmaceutisk brug. Brugen af kinintræet i traditionel medicin er bekræftet af tilstedeværelsen af fytokemikalier med kendte sundhedsmæssige fordele. Tilstedeværelsen af hjerteglykosider i R. caffra kan forklare, hvorfor urten traditionelt anvendes til håndtering af hjertesygdomme.
Baseret på plantefysiologi bør R. caffra og lignende træer indeholde phenoler og tanniner. Overraskende nok blev disse ikke påvist selv ved hjælp af flere test. Det er muligt, at de fleste polyfenoler gik tabt i opløsningsmiddel-systemet (hexan og DCM), inden ekstrakterne blev underkastet efterfølgende analyse på methanol. R. caffra havde blade, som var blanke på oversiden. Voks, som er ansvarlig for bladenes blanke udseende, indeholder normalt fytokemikalier, herunder flavonoider, phenoler og steroler.
Antagonistisk bioaktivitet af alkaloider og saponiner
Selv om rå ekstrakter fra stambark- og bladprøver af R. caffra viste antioxidant aktivitet (hæmning af frie radikaler) på henholdsvis 79 % og 70 % (tabel 1), viste analyse af fraktioner, at aktiviteten varierede med den fytokemiske sammensætning. Den stærkeste antioxidante aktivitet blev observeret for fraktioner, der indeholdt alkaloider, steroider, terpenoider, hjerteglycosider, men uden saponiner (82,39 %; tabel 3). Fraktioner, der indeholdt saponiner, dvs. alkaloider, steroider, terpenoider, hjerteglycosider og saponiner, havde en lavere aktivitet på 58,99 %. Alkaloider havde kun en aktivitet på 63 %, men fraktioner, der indeholdt en kombination af alkaloider og saponiner, udviste den dårligste antioxidante aktivitet på 15 % (tabel 3). Alkaloider og saponiner syntes at have et antagonistisk samspil, i det mindste med hensyn til antioxidantaktivitet. Dette nedsætter potentielt deres aktivitet som antioxidanter og muligvis styrken af ekstrakter, der indeholder begge forbindelser. Saponiner observeret i denne undersøgelse er sandsynligvis steroider, den type, der er almindelig i vilde planter, der anvendes som urter, mens de, der forekommer i dyrkede afgrøder, overvejende er triterpenoide saponiner .
Moderne bioteknologi og optimering af den medicinske værdi af R. caffra
Traditionelle praktiserende læger administrerer væv fra kinintræet som rå ekstrakter til deres patienter. I denne undersøgelse viser vi et antagonistisk forhold mellem to fytokemikalier (alkaloider og saponiner), en observation, som kun kan være indlysende, når forbindelserne fraktioneres og testes separat. En sådan antagonisme, som måske omfatter flere forbindelser end dem, der er observeret i denne undersøgelse, ville påvirke effektiviteten af råekstrakter, som anvendes i traditionel medicin. Dataene tyder på, at alkaloider og saponiner til farmaceutiske formål bør være udelukket fra hinanden i lægemiddelformuleringer. Endvidere tages der ved indgivelse af råekstrakter ikke hensyn til muligheden for, at nogle forbindelser kan forekomme i toksiske niveauer. F.eks. er saponiner kendt for at have en lytisk virkning på erytrocytmembraner, en hæmolytisk virkning, som menes at være resultatet af aglyconens affinitet for membransteroler, især kolesterol , med hvilke de danner uopløselige komplekser . Endvidere er det blevet rapporteret, at saponiner i kosten hindrer absorptionen af mikronæringsstoffer og nedsætter proteinfordøjeligheden, sandsynligvis ved dannelse af svært fordøjelige saponin-protein-komplekser . På den positive side er det imidlertid blevet påvist, at saponiner påvirker optagelsen af næringsstoffer gennem tarmmembranen ved at øge permeabiliteten af tarmslimhindeceller in vitro, hæmme aktiv slimhindetransport og lette optagelsen af stoffer, der normalt ikke optages .
Genetisk manipulation af metaboliske veje: I modsætning til urtemedicin vil brugen af moderne bioteknologi i forbindelse med ekstraktion, rensning og udformning af optimale kombinationer sikre effektive lægemiddelformuleringer med optimal bioaktivitet. Selv om genetisk manipulation er et kontroversielt emne på verdensplan, er der større indvendinger mod fødevareafgrøder, hvor genetisk modificerede aktiviteter vil påvirke utilsigtede menneskelige populationer. Manipulation af vilde træarter ville kun blive modsat på grund af mulig genstrøm til nært beslægtede træarter, der ikke er målarter. R. caffra er en tyndtbefolket, tilbageværende træart, der er rent selvdannende, og derfor er truslen om genstrømme begrænset.
Variation i fytokemisk sammensætning: R. caffra er en selvbefrugtet plante og forventes normalt at have et lavt niveau af genetisk diversitet. Vi formoder imidlertid, at R. caffra har et højt niveau af genetisk differentiering, i lighed med R. serpentina, en ligeledes selvfødende træart i samme slægt, og som er blevet rapporteret til at udvise et højt niveau af diversitet . Genetisk variation mellem plantearter kan svare til variation i den fytokemiske sammensætning og dermed påvirke omfanget af de bioaktive forbindelser. Vanskeligheden ved at forudsige den fytokemiske sammensætning, som kan variere betydeligt, og som på grund af variationen kan indtages i giftige mængder, gør R. caffra uegnet som råekstrakt, sådan som det anvendes i dag. Denne urt vil bedst kunne udnyttes ved hjælp af moderne bioteknologi, hvor den fytokemiske sammensætning kan kvantificeres og kontrolleres. Med den nye udvikling inden for genteknologi kan fytokemikalier, der er kendt for at have vigtige biologiske aktiviteter i forbindelse med menneskers sundhed som f.eks. antioxidantvirkning, antiinflammatoriske og antimikrobielle virkninger, nu påvirkes med henblik på løbende levering af sjældne og dyre sekundære metabolitter. Metabolic engineering har til formål at ændre den cellulære metabolitsammensætning, således at der kan produceres nye forbindelser, eksisterende forbindelser kan øges og/eller uønskede forbindelser kan fjernes. Dette kan opnås ved at indføre nye gener eller veje og/eller ved at øge eller fjerne ekspressionen af endogene veje.