Ez a tanulmány annak megállapítására irányult, hogy az emberi egészségben ismert funkciójú fitokemikáliák megtalálhatók-e a kininfában (Rauvolfia caffra), egy olyan növényben, amelyet számos ország hagyományos közösségei gyógyszerként használnak a daganatok és más, oxidatív stresszel összefüggő betegségek kezelésére. Az ilyen fitokemikáliák jelenléte megerősítené a hagyományos közösségek által a gyógyászati értékére vonatkozóan birtokolt bennszülött tudást, és a kininfát a modern biotechnológia segítségével történő hasznosítás jelöltjévé tenné. Megállapítottuk, hogy az R. caffra antioxidánsokban gazdag, és számos ismert fitokemikáliát tartalmaz, amelyek közül kettő antagonista hatást mutatott.
Növényökológia és leírás: Megerősítést nyert, hogy a nyugat-kenyai Kuriában, a hagyományos gyakorlók által korábban leírt helyeken kininfák nőnek. Három elszigetelt fát találtunk, amelyek egy völgy közelében nőttek, egy patakkal, amely a fától mintegy 500 méterre folyt. A levelek felső felülete fényes zöld volt, ami viasz jelenlétére utal az epidermális rétegben. A virágok hím- és nőivarúak voltak, a porzók a bibék felett jelentek meg.
A kininfa mint gazdag antioxidáns
A negatív kontrollként használt metanol 0,00%-os szabadgyök-gátlást mutatott, míg a pozitív kontrollként használt, kereskedelmi forgalomban kapható kvercetin a várt szinteken belül gátolt (82,63% ± 2,00), ami hitelt ad a módszernek, mint az antioxidáns aktivitás megbízható tesztjének. A R. caffra szárkérgéből származó kivonatok szabadgyök-gátlása 79,65% ± 1,86, míg a leveleké 70,55% ± 1,26 volt (1. táblázat). Nem volt statisztikailag szignifikáns különbség az R. caffra törzskéreg kivonatok és a standard kvercetin szabadgyökfogó aktivitása között (p > 0,05), ami arra utal, hogy az R. caffra versenyképesen erős antioxidáns. Valószínű, hogy az R. caffra antioxidáns aktivitása erősebb, mint a kvercetiné, mivel az ebben a vizsgálatban vizsgált minták nyers kivonatok voltak, míg a kereskedelmi termék általában tisztított vegyület.
A szárkéreg-kivonatok magasabb antioxidáns aktivitásának megfigyelése a levelekhez képest összhangban volt a korábbi eredményekkel, amelyek a növény antimikrobiális aktivitását vizsgálták. Nem világos, hogy a szárkéreg-kivonatok miért jobb antioxidáns hatásúak, de valószínűleg a növény tárolási rendszerével vagy a levelekben lévő antagonista polifenol(ok) jelenlétével függhet össze.
A R. caffra nyers kivonata
A R. caffra leveleiből és szárkérgéből nyert nyers kivonatok fitokémiai összetétele a következő vegyületcsoportokat mutatta ki: alkaloidok, terpenoidok, szaponinok, szívglikozidok és szteroidok (2. táblázat). Ezek az eredmények minden egyes vegyületosztály esetében konzisztensek voltak, még akkor is, ha különböző vizsgálatokat/megközelítéseket alkalmaztak, bár a mennyiségükben finom különbségek mutatkoztak. Az alkaloidok, terpenoidok, szaponinok, szívglikozidok és szteroidok kimutatása megerősítette, hogy az R. caffra minták valóban tartalmaznak antioxidáns hatásukról ismert molekulákat. Ezek az eredmények megerősítik az őshonos tudás értékét a gyógyászati felhasználásra szánt növények azonosításában. A kinifa használatát a hagyományos gyógyászatban az ismert egészségügyi előnyökkel bíró fitokémiai anyagok jelenléte igazolja. A szívglikozidok jelenléte az R. caffra-ban megmagyarázhatja, hogy a gyógynövényt hagyományosan miért használják szívbetegségek kezelésére.
A növényfiziológia alapján az R. caffra-nak és a hasonló fáknak fenolokat és tanninokat kell tartalmazniuk. Meglepő módon ezeket még többszörös tesztekkel sem sikerült kimutatni. Lehetséges, hogy a polifenolok nagy része elveszett az oldószeres rendszerben (hexán és DCM), mielőtt a kivonatokat a későbbi metanolos elemzésnek alávetették volna. A R. caffra levelei a felső felületen fényesek voltak. A levelek fényes megjelenéséért felelős viasz általában fitokémiai anyagokat tartalmaz, többek között flavonoidokat, fenolokat és szterolokat.
Az alkaloidok és szaponinok antagonista bioaktivitása
Bár az R. caffra törzskéreg- és levélmintáinak nyers kivonata 79%-os, illetve 70%-os antioxidáns aktivitást (szabadgyök-gátlás) mutatott (1. táblázat), a frakciók elemzése a fitokémiai összetételtől függően eltérő aktivitást mutatott. A legerősebb antioxidáns aktivitást az alkaloidokat, szteroidokat, terpenoidokat, szívglikozidokat tartalmazó, de szaponinok nélküli frakciók esetében figyelték meg (82,39%; 3. táblázat). A szaponinokat, azaz alkaloidokat, szteroidokat, terpenoidokat, szívglikozidokat, szaponinokat tartalmazó frakciók aktivitása csökkent (58,99%). Az alkaloidok csak 63%-os aktivitással rendelkeztek, de az alkaloidok és szaponinok kombinációját tartalmazó frakciók mutatták a leggyengébb, 15%-os antioxidáns aktivitást (3. táblázat). Úgy tűnt, hogy az alkaloidok és a szaponinok antagonista kölcsönhatásban állnak egymással, legalábbis az antioxidáns aktivitás tekintetében. Ez potenciálisan csökkenti antioxidáns aktivitásukat, és valószínűleg a mindkét vegyületet tartalmazó kivonatok hatékonyságát. Az ebben a vizsgálatban megfigyelt szaponinok valószínűleg szteroidok, a gyógynövényként használt vadon élő növényekben gyakori típusok, míg a termesztett növényekben előforduló szaponinok túlnyomórészt triterpenoid szaponinok .
Modern biotechnológia és a R. caffra gyógyászati értékének optimalizálása
A hagyományos orvosok a kininfa szöveteit nyers kivonat formájában adják a betegeknek. Ebben a tanulmányban két fitokémiai anyag (alkaloidok és szaponinok) között antagonisztikus kapcsolatot mutatunk ki, amely megfigyelés csak akkor lehet nyilvánvaló, ha a vegyületeket frakcionáljuk és külön-külön vizsgáljuk. Az ilyen antagonizmus, amely talán több vegyületet érint, mint amit ebben a tanulmányban megfigyeltünk, befolyásolná a hagyományos gyógyászatban használt nyers kivonatok hatékonyságát. Az adatok azt sugallták, hogy gyógyszerészeti célokra az alkaloidoknak és a szaponinoknak kizárólagosnak kell lenniük egymás mellett a gyógyszerkészítményekben. Továbbá a nyers kivonatok alkalmazása nem veszi figyelembe annak lehetőségét, hogy egyes vegyületek toxikus szinten létezhetnek. A szaponinok például ismertek arról, hogy lytikus hatást fejtenek ki a vörösvérsejtmembránokra, ami vélhetően az aglikonrésznek a membrán szterolokhoz, különösen a koleszterinhez való affinitásának eredménye, amellyel oldhatatlan komplexeket képeznek. Továbbá az étrendi szaponinok a jelentések szerint akadályozzák a mikrotápanyagok felszívódását és csökkentik a fehérjék emészthetőségét, valószínűleg a nehezen emészthető szaponin-fehérje komplexek kialakulása révén. Pozitívumként azonban kimutatták, hogy a szaponinok befolyásolják a tápanyagok felvételét a bélmembránon keresztül azáltal, hogy in vitro növelik a bélnyálkahártya sejtjeinek permeabilitását, gátolják az aktív nyálkahártya transzportot és elősegítik a normális esetben fel nem szívódó anyagok felvételét.
A metabolikus útvonalak géntechnológiája: A gyógynövénygyógyászattól eltérően a modern biotechnológia alkalmazása a kivonás, a tisztítás és az optimális kombinációk megtervezése során biztosítja az optimális bioaktivitású, hatékony gyógyszerformulákat. Bár a génmanipuláció világszerte ellentmondásos téma, az erősebb ellenvetés az élelmiszernövényekre vonatkozik, ahol a génmanipulációs tevékenységek nem kívánt hatással lennének az emberi populációra. A vadon élő fafajok manipulációját csak a nem célzott, közeli rokon fafajokba történő lehetséges génáramlás miatt elleneznénk. Az R. caffra egy gyéren lakott maradványfafaj, amely tisztán öntermékenyítő, ezért a génáramlás veszélye korlátozott.
Variáció a fitokémiai összetételben: Az R. caffra öntermékenyülő növény, és általában alacsony szintű genetikai diverzitással számolnánk. Azonban azt gyanítjuk, hogy az R. caffra magas szintű genetikai differenciáltsággal rendelkezik, követve az R. serpentina-t, egy ugyanabba a nemzetségbe tartozó, szintén öntermékenyülő fafajt, amelyről azt jelentették, hogy magas szintű diverzitást mutat . A növényfajok közötti genetikai változatosság megfelelhet a fitokémiai összetétel változatosságának, így befolyásolhatja a bioaktív vegyületek bőségszintjét. A fitokémiai összetétel előrejelzésének nehézsége, amely jelentősen változhat, és amely a változatosság miatt toxikus szintre kerülhet, az R. caffra-t alkalmatlanná teszi a jelenleg alkalmazott nyerskivonatra. Ezt a gyógynövényt a legjobban a modern biotechnológia segítségével lehetne hasznosítani, ahol a fitokémiai összetétel számszerűsíthető és ellenőrizhető. A géntechnológia új fejleményeivel a ritka és drága másodlagos anyagcseretermékek folyamatos ellátása érdekében a ritka és drága másodlagos anyagcseretermékek befolyásolhatóvá válnak az olyan, az emberi egészséggel kapcsolatos fontos biológiai aktivitásokkal rendelkező fitokémiai anyagok, mint az antioxidáns, gyulladáscsökkentő és antimikrobiális hatások. A metabolikus mérnöki munka célja a sejtek anyagcseretermékeinek összetételének módosítása, hogy új vegyületeket lehessen előállítani, a meglévő vegyületek mennyiségét növelni és/vagy a nemkívánatos vegyületeket kiiktatni. Ez új gének vagy útvonalak bevezetésével és/vagy az endogén útvonalak kifejeződésének fokozásával vagy megszüntetésével érhető el.