Denna studie syftade till att fastställa om fytokemikalier med känd funktion för människors hälsa finns i kininträdet (Rauvolfia caffra), en växt som används som medicin bland traditionella samhällen i många länder för att hantera tumörer och andra sjukdomar i samband med oxidativ stress. Förekomsten av sådana fytokemikalier skulle bekräfta den inhemska kunskap som de traditionella samhällena har om dess medicinska värde och göra kininträdet till en kandidat för exploatering med hjälp av modern bioteknik. Vi fann att R. caffra är rik på antioxidanter och innehåller flera kända fytokemikalier, varav två visade antagonistisk effekt.
Plant ekologi och beskrivning: Det bekräftades att kininträd växer på de platser som tidigare beskrivits av traditionella utövare i Kuria i västra Kenya. Vi hittade tre isolerade träd som växte nära en dal med en bäck som rann cirka 500 meter från trädet. Bladen var glänsande gröna på ovansidan, vilket tyder på att det finns vax på epidermalskiktet. Blommorna hade både manliga och kvinnliga reproduktiva egenskaper, med ståndarna som syntes ovanför stämplarna.
Quininträdet som en rik antioxidant
Alla tester visade att metanol som användes som negativ kontroll hade 0,00 % friradikalhämning, medan den kommersiellt tillgängliga quercetin som användes som positiv kontroll hämmade inom de förväntade nivåerna (82,63 % ± 2,00), vilket ger trovärdighet åt metoden som ett tillförlitligt test för antioxidantaktivitet. Extrakt från stambarkprover av R. caffra hade en fri radikalhämning på 79,65 % ± 1,86, medan bladen uppvisade 70,55 % ± 1,26 (tabell 1). Det fanns ingen statistiskt signifikant skillnad mellan den fria radikalavskiljande aktiviteten hos R. caffra stambarkextrakt och standarden quercetin (p > 0,05), vilket tyder på att R. caffra är en konkurrenskraftigt stark antioxidant. Det är faktiskt troligt att R. caffras antioxidativa aktivitet är starkare än quercetin, med tanke på att proverna som testades i den här studien var råextrakt, medan den kommersiella produkten vanligtvis är en renad förening.
Observationen av högre antioxidativ aktivitet i stambarkextrakten jämfört med bladen överensstämde med tidigare fynd som undersökt växten för antimikrobiell aktivitet. Varför stambarkextrakten är en bättre antioxidant är inte klart, men kan möjligen relateras till växtens lagringssystem eller förekomsten av antagonistiska polyfenoler i bladen.
Fytokemisk sammansättning av R. caffra råextrakt
Skreening av fytokemikalier i råextrakt från blad och stambark av R. caffra avslöjade följande klasser av föreningar: alkaloider, terpenoider, saponiner, hjärtglykosider och steroider (tabell 2). Dessa resultat var konsekventa för varje klass av föreningar även när olika tester/metoder användes, om än med subtila skillnader i förekomst. Upptäckten av alkaloider, terpenoider, saponin, hjärtglykosider och steroider bekräftade att R. caffra-proverna verkligen innehöll molekyler som är kända för sin antioxidativa aktivitet. Dessa resultat bekräftar återigen värdet av den inhemska kunskapen vid identifiering av växter för farmaceutisk användning. Användningen av kininträdet i traditionell medicin bekräftas av förekomsten av fytokemikalier med kända hälsofördelar. Förekomsten av hjärtglykosider i R. caffra kan förklara varför örten används traditionellt för att hantera hjärtsjukdomar.
Baserat på växtfysiologin bör R. caffra och liknande träd innehålla fenoler och tanniner. Överraskande nog upptäcktes dessa inte ens med hjälp av flera tester. Det är möjligt att de flesta polyfenoler förlorades i lösningsmedelsystemet (hexan och DCM), innan extrakten utsattes för efterföljande analys på metanol. R. caffra hade blad som var glänsande på ovansidan. Vax som ansvarar för bladens glansiga utseende innehåller vanligtvis fytokemikalier inklusive flavonoider, fenoler och steroler.
Antagonistisk bioaktivitet hos alkaloider och saponiner
Och även om råa extrakt från stambark- och bladprover av R. caffra uppvisade en antioxidantaktivitet (inhibering av fria radikaler) på 79 % respektive 70 % (tabell 1) visade analysen av fraktioner att aktiviteten varierade med den fytokemiska sammansättningen. Den starkaste antioxidativa aktiviteten observerades för fraktioner som innehöll alkaloider, steroider, terpenoider, hjärtglykosider, men utan saponiner (82,39 %; tabell 3). Fraktioner som innehöll saponiner, dvs. alkaloider, steroider, terpenoider, hjärtglykosider, saponiner hade en sänkt aktivitet på 58,99 %. Alkaloider hade endast 63 % aktivitet, men fraktioner som innehöll en kombination av alkaloider och saponiner uppvisade den sämsta antioxidativa aktiviteten på 15 % (tabell 3). Alkaloider och saponiner verkade ha en antagonistisk interaktion, åtminstone när det gäller antioxidativ aktivitet. Detta kan potentiellt sänka deras aktivitet som antioxidanter och möjligen styrkan hos extrakt som innehåller båda föreningarna. De saponiner som observerades i denna studie är sannolikt steroider, den typ som är vanlig i vilda växter som används som örter, medan de som förekommer i odlade grödor huvudsakligen är triterpenoida saponiner .
Modern bioteknik och optimering av det medicinska värdet av R. caffra
Traditionella utövare administrerar vävnader från kininträdet som råa extrakt till sina patienter. I den här studien visar vi ett antagonistiskt förhållande mellan två fytokemikalier (alkaloider och saponiner), en observation som bara kan vara uppenbar när föreningarna fraktioneras och testas separat. En sådan antagonism, som kanske omfattar fler föreningar än vad som observerades i denna studie, skulle påverka effekten av råextrakt som används i traditionell medicin. Uppgifterna tyder på att alkaloider och saponiner för farmaceutiska ändamål bör utesluta varandra i läkemedelsformuleringar. Vidare tar man vid administrering av råextrakt inte hänsyn till möjligheten att vissa föreningar kan förekomma i toxiska nivåer. Det är till exempel känt att saponiner har en lytisk verkan på erytrocytmembran, en hemolytisk verkan som tros bero på aglykonens affinitet för membransteroler, särskilt kolesterol , med vilka de bildar olösliga komplex . Vidare har saponiner i kosten rapporterats hindra absorptionen av mikronäringsämnen och minska smältbarheten av proteiner, troligen genom bildandet av svårsmältbara saponin-protein-komplex . På den positiva sidan har det dock visats att saponiner påverkar näringsupptaget genom tarmmembranet genom att öka permeabiliteten hos tarmslemhinneceller in vitro, hämma aktiv slemhinnetransport och underlätta upptaget av ämnen som normalt inte absorberas .
Genetisk ingenjörskonst av metaboliska vägar: Till skillnad från örtmedicin kommer användningen av modern bioteknik vid extraktion, rening och utformning av optimala kombinationer att säkerställa effektiva läkemedelsformuleringar med optimal bioaktivitet. Även om genetisk manipulering är ett kontroversiellt ämne över hela världen, gäller de större invändningarna livsmedelsgrödor, där genetiskt modifierad verksamhet skulle påverka oavsiktliga mänskliga populationer. Manipulering av vilda trädslag skulle endast motsättas på grund av ett eventuellt genflöde till närbesläktade trädslag som inte är måltavlor. R. caffra är en glest befolkad kvarvarande trädart som är rent självbildande, vilket innebär att hotet om genflöde är begränsat.
Variation i den fytokemiska sammansättningen: R. caffra är en självbefruktad växt och skulle normalt sett förväntas ha låga nivåer av genetisk mångfald. Vi misstänker dock att R. caffra har höga nivåer av genetisk differentiering, i likhet med R. serpentina, en lika självbefruktande trädart i samma släkte och som har rapporterats uppvisa höga nivåer av mångfald . Genetisk variation mellan växtarter kan motsvara variation i den fytokemiska sammansättningen och därmed påverka förekomsten av bioaktiva föreningar. Svårigheten att förutsäga den fytokemiska sammansättningen, som kan variera avsevärt och som på grund av variationen kan upptas i toxiska nivåer, gör R. caffra olämplig som råextrakt enligt nuvarande praxis. Denna ört skulle bäst utnyttjas med hjälp av modern bioteknik, där den fytokemiska sammansättningen kan kvantifieras och kontrolleras. Med den nya utvecklingen inom genteknik kan fytokemikalier som är kända för att ha viktiga biologiska aktiviteter med anknytning till människors hälsa, t.ex. antioxidantverkan, antiinflammatoriska och antimikrobiella effekter, nu påverkas för att få kontinuerlig tillgång till sällsynta och dyra sekundära metaboliter. Metabolisk ingenjörskonst syftar till att ändra sammansättningen av cellulära metaboliter så att nya föreningar kan produceras, befintliga föreningar kan ökas och/eller oönskade föreningar kan elimineras. Detta kan uppnås genom att införa nya gener eller vägar och/eller genom att öka eller eliminera uttrycket av endogena vägar.