This study sought to establish whether phytochemicals of known function in human health are found in quinine tree (Rauvolfia caffra), a plant used as medicine among traditional communities in many countries to manage tumors and other diseases associated with oxidative stress. Obecność takich fitochemikaliów potwierdziłaby wiedzę tubylczych społeczności na temat wartości leczniczych tej rośliny i pozycjonowałaby chinowiec jako kandydata do wykorzystania przy użyciu nowoczesnej biotechnologii. Stwierdziliśmy, że R. caffra jest bogata w antyoksydanty i zawiera kilka znanych fitochemikaliów, z których dwa wykazały działanie antagonistyczne.
Ekologia i opis rośliny: Potwierdzono, że drzewa chininowe rosną w miejscowościach, które zostały wcześniej opisane przez tradycyjnych praktyków w Kuria, Zachodnia Kenia. Znaleźliśmy trzy izolowane drzewa rosnące w pobliżu doliny ze strumieniem biegnącym około 500 metrów od drzewa. Liście były błyszcząco zielone na górnej powierzchni, co sugeruje obecność wosku na warstwie epidermalnej. Kwiaty miały zarówno męskie jak i żeńskie cechy rozrodcze, z pylnikami pojawiającymi się powyżej słupków.
Kwinorośl jako bogaty antyoksydant
Wszystkie testy wykazały, że metanol użyty jako kontrola negatywna miał 0,00% inhibicji wolnych rodników, podczas gdy komercyjnie dostępna kwercetyna użyta jako kontrola pozytywna hamowała w oczekiwanym zakresie (82,63% ± 2,00), uwiarygadniając metodę jako wiarygodny test na aktywność antyoksydacyjną. Ekstrakty z kory łodygi R. caffra wykazywały inhibicję wolnych rodników na poziomie 79,65% ± 1,86, podczas gdy liście 70,55% ±1,26 (Tabela 1). Nie było statystycznie istotnej różnicy między aktywnością zmiatania wolnych rodników ekstraktów z kory łodygi R. caffra i standardowej kwercetyny (p > 0,05), co sugeruje, że R. caffra jest konkurencyjnie silnym antyoksydantem. Rzeczywiście, jest prawdopodobne, że aktywność antyoksydacyjna R. caffra jest silniejsza niż kwercetyny, biorąc pod uwagę, że próbki badane w tym badaniu były surowymi ekstraktami, podczas gdy produkt handlowy jest zwykle oczyszczonym związkiem.
Obserwacja wyższej aktywności przeciwutleniającej w ekstraktach z kory łodygi w porównaniu z liśćmi była zgodna z wcześniejszymi ustaleniami, w których oceniano roślinę pod kątem aktywności przeciwbakteryjnej. Dlaczego ekstrakty z kory łodygi są lepszymi antyoksydantami nie jest jasne, ale może odnosić się do systemu przechowywania roślin lub obecności antagonistycznych polifenoli w liściach.
Skład fitochemiczny R. caffra crude extract
Screening for phytochemicals in crude extracts from leaves and stem bark of R. caffra revealed the following classes of compounds: alkaloids, terpenoids, saponin, cardiac glycosides and steroids (Table 2). Wyniki te były spójne dla każdej klasy związków, nawet jeśli stosowano różne testy/podejścia, aczkolwiek z subtelnymi różnicami w obfitości. Wykrycie alkaloidów, terpenoidów, saponin, glikozydów nasercowych i steroidów potwierdziło, że próbki R. caffra rzeczywiście zawierają cząsteczki znane z aktywności antyoksydacyjnej. Wyniki te potwierdzają wartość wiedzy tubylczej w identyfikacji roślin do zastosowań farmaceutycznych. Zastosowanie drzewa chininowego w medycynie tradycyjnej jest potwierdzone obecnością fitochemikaliów o znanych korzyściach zdrowotnych. Obecność glikozydów nasercowych w R. caffra może wyjaśniać, dlaczego zioło to jest tradycyjnie stosowane w leczeniu chorób serca.
Based on plant physiology, R. caffra and similar trees should contain phenols and tannins. Co zaskakujące, nie zostały one wykryte nawet przy zastosowaniu wielokrotnych testów. Jest możliwe, że większość polifenoli została utracona w systemie rozpuszczalników (heksan i DCM), zanim ekstrakty zostały poddane późniejszej analizie na metanolu. R. caffra miała liście, które były błyszczące na górnej powierzchni. Wosk, który jest odpowiedzialny za błyszczący wygląd liści zazwyczaj zawiera fitochemikalia, w tym flawonoidy, fenole i sterole.
Antagonistyczna bioaktywność alkaloidów i saponin
Pomimo, że surowe ekstrakty z kory łodygi i liści R. caffra wykazały aktywność antyoksydacyjną (inhibicja wolnych rodników) odpowiednio 79% i 70% (Tabela 1), analiza frakcji wykazała, że aktywność zmieniała się w zależności od składu fitochemicznego. Najsilniejszą aktywność przeciwutleniającą zaobserwowano dla frakcji zawierających alkaloidy, steroidy, terpenoidy, glikozydy nasercowe, ale bez saponin (82,39%; Tabela 3). Frakcje zawierające saponiny, tj. alkaloidy, steroidy, terpenoidy, glikozydy nasercowe, saponiny miały obniżoną aktywność o 58,99%. Alkaloidy miały tylko 63% aktywności, natomiast frakcje zawierające kombinację alkaloidów i saponin wykazywały najsłabszą aktywność antyoksydacyjną 15% (tab. 3). Wydaje się, że alkaloidy i saponiny mają antagonistyczną interakcję, przynajmniej w odniesieniu do aktywności antyoksydacyjnej. Potencjalnie obniża to ich aktywność jako przeciwutleniaczy, a być może także siłę działania ekstraktów zawierających oba związki. Saponiny obserwowane w tym badaniu to prawdopodobnie steroidy, typ powszechny w dzikich roślinach stosowanych jako zioła, podczas gdy te, które występują w uprawach, to głównie saponiny triterpenoidowe.
Nowoczesna biotechnologia i optymalizacja wartości leczniczej R. caffra
Tradycyjni praktycy podają swoim pacjentom tkanki z drzewa chininowego jako surowe ekstrakty. W tym badaniu, pokazujemy antagonistyczny związek między dwoma fitochemikaliami (alkaloidy i saponiny), obserwacja, która może być oczywista tylko wtedy, gdy związki są frakcjonowane i badane oddzielnie. Taki antagonizm, być może obejmujący więcej związków niż zaobserwowano w tym badaniu, mógłby wpłynąć na skuteczność surowych ekstraktów stosowanych w medycynie tradycyjnej. Dane te sugerują, że dla celów farmaceutycznych alkaloidy i saponiny powinny być wyłączne w preparatach leczniczych. Ponadto, podawanie surowych ekstraktów nie uwzględnia możliwości występowania niektórych związków w stężeniach toksycznych. Na przykład saponiny znane są z działania litycznego na błony erytrocytów, działania hemolitycznego, które uważa się za wynik powinowactwa części aglikonowej do steroli błonowych, zwłaszcza cholesterolu, z którym tworzą nierozpuszczalne kompleksy. Ponadto stwierdzono, że saponiny pokarmowe utrudniają wchłanianie mikroelementów i zmniejszają strawność białka, prawdopodobnie poprzez tworzenie trudno strawnych kompleksów saponina-białko. Jednakże, z pozytywnej strony, wykazano, że saponiny wpływają na wchłanianie składników odżywczych przez błonę jelitową, poprzez zwiększenie przepuszczalności komórek błony śluzowej jelita in vitro, hamując aktywny transport śluzówkowy i ułatwiając wchłanianie substancji, które normalnie nie są wchłaniane .
Inżynieria genetyczna szlaków metabolicznych: Inaczej niż w ziołolecznictwie, wykorzystanie nowoczesnej biotechnologii w ekstrakcji, oczyszczaniu i projektowaniu optymalnych kombinacji zapewni skuteczne preparaty leków o optymalnej bioaktywności. Chociaż manipulacja genetyczna jest kontrowersyjnym tematem na całym świecie, silniejszy sprzeciw dotyczy upraw żywności, gdzie działania GMO mogłyby wpłynąć na niezamierzone populacje ludzkie. Manipulowanie dzikimi gatunkami drzew budzi sprzeciw jedynie ze względu na możliwy przepływ genów do innych niż docelowe, blisko spokrewnionych gatunków drzew. R. caffra jest słabo zaludnionych gatunków drzew resztkowych, które jest czysto samozaparcia, stąd zagrożenia przepływu genów jest ograniczona.
Zmienność w składzie fitochemicznym: R. caffra jest rośliną samopłodną i zwyczajowo należałoby oczekiwać, że będzie miała niski poziom różnorodności genetycznej. Jednak podejrzewamy, że R. caffra ma wysoki poziom zróżnicowania genetycznego, po R. serpentina, równie samozapładniające gatunków drzew w tym samym rodzaju i które zostały zgłoszone do wykazania wysokich poziomów różnorodności . Zróżnicowanie genetyczne wśród gatunków roślin może odpowiadać zróżnicowaniu w składzie fitochemicznym, wpływając w ten sposób na poziom obfitości związków bioaktywnych. Trudności w przewidywaniu składu fitochemicznego, które mogą się znacznie różnić, a które ze względu na różnice mogą być podjęte na poziomach toksycznych, sprawia, że R. caffra nie nadaje się jako surowy ekstrakt, jak to jest obecnie praktykowane. Zioło to najlepiej byłoby wykorzystać przy użyciu nowoczesnej biotechnologii, gdzie skład fitochemiczny może być określany ilościowo i kontrolowany. Dzięki nowym osiągnięciom w inżynierii genetycznej, fitochemikalia znane z ważnych działań biologicznych związanych ze zdrowiem człowieka, takich jak działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne i przeciwdrobnoustrojowe, mogą być teraz wpływane na ciągłe dostawy rzadkich i drogich metabolitów wtórnych. Inżynieria metaboliczna ma na celu modyfikację składu metabolitów komórkowych, tak aby można było produkować nowe związki, zwiększyć ilość związków już istniejących i/lub wyeliminować związki niepożądane. Można to osiągnąć poprzez wprowadzenie nowych genów lub szlaków i/lub wzmocnienie lub wyeliminowanie ekspresji endogennych szlaków.
.