Deze studie trachtte vast te stellen of fytochemicaliën met een bekende functie voor de menselijke gezondheid worden aangetroffen in kinineboom (Rauvolfia caffra), een plant die door traditionele gemeenschappen in vele landen als geneesmiddel wordt gebruikt om tumoren en andere ziekten die verband houden met oxidatieve stress te beheersen. De aanwezigheid van dergelijke fytochemicaliën zou de inheemse kennis van traditionele gemeenschappen over de medicinale waarde van de plant bevestigen en kinineboom positioneren als kandidaat voor exploitatie met behulp van moderne biotechnologie. Wij vonden dat R. caffra rijk is aan antioxidanten, en verschillende bekende fytochemicaliën bevat, waarvan er twee een antagonistisch effect vertoonden.
Plant ecologie en beschrijving: Er werd bevestigd dat kininebomen groeien op de plaatsen die eerder werden beschreven door traditionele beoefenaars in Kuria, West-Kenia. We vonden drie geïsoleerde bomen die groeiden in de buurt van een vallei met een beekje dat op ongeveer 500 meter van de boom stroomde. De bladeren waren glanzend groen aan de bovenkant, wat wijst op de aanwezigheid van was op de epidermale laag. De bloemen hadden zowel mannelijke als vrouwelijke voortplantingskenmerken, waarbij de helmknoppen boven de stempels verschenen.
Quinine boom als een rijke antioxidant
Alle tests toonden aan dat de methanol die als negatieve controle werd gebruikt 0,00% vrije radicalen remde, terwijl het in de handel verkrijgbare quercetine dat als positieve controle werd gebruikt binnen de verwachte niveaus remde (82,63% ± 2,00), wat de methode geloofwaardig maakt als een betrouwbare test voor antioxidant activiteit. Extracten van stamschorsmonsters van R. caffra hadden een vrije radicaalremming van 79,65% ± 1,86, terwijl de bladeren 70,55% ± 1,26 lieten zien (Tabel 1). Er was geen statistisch significant verschil tussen de vrije radicalen bestrijdende activiteit van R. caffra stamschorsextracten en de standaard quercetine (p > 0.05), wat suggereert dat R. caffra een competitief sterke antioxidant is. Het is inderdaad waarschijnlijk dat de antioxidantwerking van R. caffra sterker is dan quercetine, aangezien de monsters die in deze studie zijn onderzocht ruwe extracten waren, terwijl het commerciële product meestal een gezuiverde verbinding is.
De waarneming van een hogere antioxidantwerking in de stamschorsextracten in vergelijking met de bladeren komt overeen met eerdere bevindingen waarbij de plant op antimicrobiële activiteit werd onderzocht. Waarom de stamschorsextracten een betere antioxidant zijn is niet duidelijk, maar kan mogelijk verband houden met het opslagsysteem van de plant of de aanwezigheid van antagonistische polyfenol(len) in de bladeren.
Phytochemische samenstelling van R. caffra ruw extract
Screening voor fytochemicaliën in ruwe extracten van bladeren en stamschors van R. caffra onthulde de volgende klassen van verbindingen: alkaloïden, terpenoïden, saponine, hartglycosiden en steroïden (tabel 2). Deze resultaten waren consistent voor elke klasse van verbindingen, zelfs wanneer verschillende tests/benaderingen werden gebruikt, zij het met subtiele verschillen in abundantie. De detectie van alkaloïden, terpenoïden, saponine, hartglycosiden en steroïden bevestigde dat de monsters van R. caffra inderdaad moleculen bevatten die bekend staan om hun antioxidantwerking. Deze bevindingen bevestigen opnieuw de waarde van inheemse kennis bij de identificatie van planten voor farmaceutisch gebruik. Het gebruik van kinineboom in de traditionele geneeskunde wordt gevalideerd door de aanwezigheid van fytochemicaliën met bekende gezondheidsvoordelen. De aanwezigheid van hartglycosiden in R. caffra kan verklaren waarom het kruid traditioneel wordt gebruikt om hartziekten te behandelen.
Gebaseerd op plantenfysiologie, zouden R. caffra en soortgelijke bomen fenolen en tannines moeten bevatten. Verrassend genoeg werden deze niet gedetecteerd, zelfs niet bij meervoudige tests. Het is mogelijk dat de meeste polyfenolen verloren zijn gegaan in het oplosmiddelsysteem (hexaan en DCM), voordat de extracten werden onderworpen aan een latere analyse op methanol. R. caffra had bladeren die aan de bovenkant glimmend waren. Was, dat verantwoordelijk is voor het glanzende uiterlijk van bladeren, bevat gewoonlijk fytochemicaliën waaronder flavonoïden, fenolen en sterolen.
Antagonistische bioactiviteit van alkaloïden en saponinen
Hoewel ruwe extracten van stamschors- en bladmonsters van R. caffra een antioxidantactiviteit (vrije radicaalremming) van respectievelijk 79% en 70% vertoonden (tabel 1), bleek uit analyse van de fracties dat de activiteit varieerde met de fytochemische samenstelling. De sterkste antioxidantwerking werd waargenomen bij fracties die alkaloïden, steroïden, terpenoïden en hartglycosiden bevatten, maar geen saponinen (82,39%; Tabel 3). Fracties die saponinen bevatten, d.w.z. alkaloïden, steroïden, terpenoïden, hartglycosiden, saponinen hadden een verlaagde activiteit van 58,99%. Alkaloïden hadden slechts 63% activiteit, maar fracties die een combinatie van alkaloïden en saponinen bevatten, vertoonden de slechtste antioxidantwerking van 15% (tabel 3). Alkaloïden en saponinen leken een antagonistische interactie te hebben, althans wat betreft antioxidantwerking. Dit verlaagt mogelijk hun activiteit als antioxidant, en mogelijk de potentie van extracten die beide verbindingen bevatten. Saponinen die in deze studie werden waargenomen zijn waarschijnlijk steroïden, het type dat veel voorkomt in wilde planten die als kruiden worden gebruikt, terwijl die welke in gecultiveerde gewassen voorkomen overwegend de triterpenoïde saponinen zijn .
Moderne biotechnologie en de optimalisering van de medicinale waarde van R. caffra
Traditionele beoefenaars dienen weefsels van kinineboom als ruwe extracten toe aan hun patiënten. In deze studie tonen we een antagonistische relatie aan tussen twee fytochemicaliën (alkaloïden en saponinen), een observatie die alleen duidelijk kan worden wanneer de verbindingen worden gefractioneerd en afzonderlijk worden getest. Een dergelijk antagonisme, waarbij wellicht meer verbindingen betrokken zijn dan in deze studie is waargenomen, zou van invloed zijn op de werkzaamheid van ruwe extracten zoals die in de traditionele geneeskunde worden gebruikt. De gegevens suggereren dat voor farmaceutische doeleinden alkaloïden en saponinen in geneesmiddelformuleringen exclusief naast elkaar zouden moeten voorkomen. Verder houdt de toediening van ruwe extracten geen rekening met de mogelijkheid dat sommige verbindingen in toxische hoeveelheden aanwezig kunnen zijn. Van saponinen is bijvoorbeeld bekend dat zij een lytische werking hebben op erytrocytenmembranen, een hemolytische werking waarvan men aanneemt dat deze het gevolg is van de affiniteit van het aglyconengedeelte voor membraansterolen, met name cholesterol, waarmee zij onoplosbare complexen vormen. Verder is van saponinen in de voeding gemeld dat zij de absorptie van micronutriënten belemmeren en de verteerbaarheid van eiwitten verminderen, waarschijnlijk door de vorming van slecht verteerbare saponine-eiwitcomplexen. Aan de positieve kant is echter aangetoond dat saponinen de opname van voedingsstoffen door het darmmembraan beïnvloeden, door de doorlaatbaarheid van intestinale slijmvliescellen in vitro te verhogen, actief slijmvliestransport te remmen en de opname van stoffen die normaal niet worden opgenomen te vergemakkelijken.
Genetische manipulatie van metabole routes: Anders dan in de kruidengeneeskunde zal het gebruik van moderne biotechnologie bij de extractie, de zuivering en het ontwerpen van optimale combinaties zorgen voor efficiënte geneesmiddelformuleringen met een optimale bioactiviteit. Hoewel genetische manipulatie wereldwijd een controversieel onderwerp is, bestaat er meer bezwaar tegen de teelt van voedingsgewassen, waarbij genetisch gemanipuleerde activiteiten onbedoelde gevolgen zouden hebben voor menselijke populaties. Manipulatie van wilde boomsoorten zou alleen op grond van mogelijke genenstroom naar niet-doelsoorten van nauw verwante boomsoorten worden tegengewerkt. R. caffra is een dunbevolkte overblijvende boomsoort die uitsluitend op zichzelf staat, zodat het gevaar van genenstroom beperkt is.
Variatie in fytochemische samenstelling: R. caffra is een zelfbevruchtende plant en men zou verwachten dat de genetische diversiteit gering is. Wij vermoeden echter dat R. caffra een hoge mate van genetische differentiatie vertoont, in navolging van R. serpentina, een eveneens zelfbevruchtende boomsoort in hetzelfde genus, waarvan is gerapporteerd dat zij een hoge mate van diversiteit vertoont. Genetische variatie tussen plantensoorten kan overeenkomen met variatie in de fytochemische samenstelling, en zo van invloed zijn op de niveaus van overvloed voor de bioactieve verbindingen. De moeilijkheid om de fytochemische samenstelling te voorspellen, die aanzienlijk kan variëren, en die als gevolg van de variatie toxische niveaus kan aannemen, maakt R. caffra ongeschikt als ruw extract zoals momenteel wordt toegepast. Dit kruid zou het best kunnen worden geëxploiteerd met behulp van moderne biotechnologie, waarbij de fytochemische samenstelling kan worden gekwantificeerd en gecontroleerd. Met nieuwe ontwikkelingen op het gebied van genetische manipulatie kunnen fytochemicaliën waarvan bekend is dat zij belangrijke biologische activiteiten hebben met betrekking tot de menselijke gezondheid, zoals anti-oxidantwerking, ontstekingsremmende en antimicrobiële effecten, nu worden beïnvloed voor een continue aanvoer van zeldzame en dure secundaire metabolieten. Metabolische engineering is erop gericht de samenstelling van cellulaire metabolieten te wijzigen, zodat nieuwe verbindingen kunnen worden geproduceerd, bestaande verbindingen kunnen worden verhoogd en/of ongewenste verbindingen kunnen worden geëlimineerd. Dit kan worden bereikt door nieuwe genen of routes te introduceren, en/of de expressie van endogene routes te verbeteren of te elimineren.