Фізіологія рослин і генетика 2023, том 55, № 4, 344-354, doi: https://doi.org/10.15407/frg2023.04.344

Отримання біобезпечного флавоноїдовмісного екстракту з «бородатих» коренів Artemisia tilesii Ledeb.

Богданович Т.А., Матвєєва Н.А.

  • Iнститут клітинної біології та генетичної інженерії Національної академії наук України 03143 Київ, вул. Академіка Заболотного, 148

Створення нових ліків з екстрактів «бородатих» коренів рідкісних лікарських рослин, які використовуються у традиційній медицині, допоможе розв'язати одразу три важливі проблеми біотехнології: пошук природних продуцентів біологічно активних сполук, пошук нових продуктів та можливість інтенсифікації виробництва. У зв'язку з цим ми поставили собі за мету отримання комплексу біофлавоноїдів у вигляді сухого екстракту «бородатих» коренів Artemisia tilesii Ledeb. з наступним оцінюванням його біобезпечності. Обрано лінію «бородатих» коренів полину Тилезіуса, яка характеризується швидким ростом і чутливістю до метилжасмонату як еліситора, що було показано у попередніх дослідженнях. Встановлено, що двоетапне культивування з метилжасмонатом концентрацією 100 мкМ дає можливість збільшити вміст флавоноїдів у 3,3 раза (до 27,56±2,52 мг RE/г сухої речовини), що важливо для інтенсифікації процесу. Вміст сухої речовини в 1 г коренів, отриманих у результаті такого вирощування, становив 0,15 г, або 14,8 %. З 1 г ліофілізованих коренів отримано 270 мг сухого етанольного екстракту з вмістом флавоноїдів 95,53 мг RE/г сухого екстракту, тобто 9,56 % його сухої речовини. Таким чином, зі 100 г коренів, що виросли, можна отримати 4 г сухого екстракту із загальним вмістом флавоноїдів 382,12 мг RE. Результати визначення біобезпечності флавоноїдовмісної композиції з використанням in vitro культури Lemna minor L. показали, що кількість і приріст маси листеців ряски були навіть більшими, ніж у контрольних зразках (кількість листеців збільшилася на 26,0 %, приріст їх маси — на 35,5 %) та зразках, культивованих зі стандартними флавоноїдами (фісетин, кемпферол, епікатехін і кверцетин для порівняння). Такі результати свідчать про нетоксичність та біобезпечність препарату для рослин. Крім нетоксичності ви­явлено рістстимулювальну дію отриманого комплексу сполук. Отже, пропонований спосіб отримання флавоноїдовмісного комплексу з «бородатих» коренів A. tilesii можна використовувати як основу для розроблення нових біобезпечних препаратів цінних біоактивних сполук.

Ключові слова: Artemisia tilesii Ledeb., флавоноїди, біобезпечність, нетоксичність

Фізіологія рослин і генетика
2023, том 55, № 4, 344-354

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Boudreau, A., Richard, A.J., Harvey, I. & Stephens, J.M. (2022). Artemisia scoparia and metabolic health: untapped potential of an ancient remedy for modern use. Front. Endocrinol., 12, p. 727061. https://doi.org/10.3389/fendo.2021.727061

2. Dogra, S., Singh, J., Koul, B. & Yadav, D. (2023). Artemisia vestita: a folk medicine with hidden herbal fortune. Molecules (Basel, Switzerland), 28, No. 6, p. 2788. https://doi.org/10.3390/molecules28062788

3. Ekiert, H., Klimek-Szczykutowicz, M., Rzepiela, A., Klin, P. & Szopa, A. (2022). Artemisia species with high biological values as a potential source of medicinal and cosmetic raw materials. Molecules (Basel, Switzerland), 27, No. 19, p. 6427. https://doi.org/10.3390/molecules27196427

4. Ekiert, H., Świątkowska, J., Knut, E., Klin, P., Rzepiela, A., Tomczyk, M., & Szopa, A. (2021). Artemisia dracunculus (tarragon): a review of its traditional uses, phytochemistry and pharmacology. Front. Pharmacol., 12, p. 653993. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.653993

5. Ekiert, H., Pajor, J., Klin, P., Rzepiela, A., џlesak, H. & Szopa, A. (2020). Significance of Artemisia vulgaris L. (Common Mugwort) in the history of medicine and its possible contemporary applications substantiated by phytochemical and pharmacological studies. Molecules (Basel, Switzerland), 25, No. 19, p. 4415. https://doi.org/10.3390/molecules25194415

6. Native American Ethnobotany Database [Electronic resource]. (2022). Retrieved from http://naeb.brit.org/uses/search/?string=artemisia+tilesii

7. Alaska ethnobotany [Electronic resource]. (2023). Retrieved from https://alaskaethnobotany.community.uaf.edu/artemisia-moon-plants-for-women

8. Suh Nchang, A., Shinyuy, L.M., Noukimi, S.F., Njong, S., Bambara, S., Kalimba, E.M., Kamga, J., Ghogomu, S.M., Frederich, M., Talom, J.L.L., Souopgui, J. & Robert, A. (2023). Knowledge about asymptomatic malaria and acceptability of using Artemisia afra tea among health care workers (HCWs) in Yaoundѕ, Cameroon: a cross-sectional survey. Int. J. Env. Res. Publ. Health, 20, No. 13, p. 6309. https://doi.org/10.3390/ijerph20136309

9. Septembre-Malaterre, A., Lalarizo Rakoto, M., Marodon, C., Bedoui, Y., Nakab, J., Simon, E., Hoarau, L., Savriama, S., Strasberg, D., Guiraud, P., Selambarom, J. & Gasque, P. (2020). Artemisia annua, a traditional plant brought to light. Int. J. Mol. Sci., 21, No. 14, p. 4986. https://doi.org/10.3390/ijms21144986

10. Feng, X., Cao, S., Qiu, F. & Zhang, B. (2020). Traditional application and modern pharmacological research of Artemisia annua L. Pharmacol. & Therapeut., 216, p. 107650. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2020.107650

11. Ivanov, M., Gašić, U., Stojković, D., Kostić, M., Mišić, D., & Soković, M. (2021). New evidence for Artemisia absinthium L. application in gastrointestinal ailments: ethnopharmacology, antimicrobial capacity, cytotoxicity, and phenolic profile. Evidence-based complementary and alternative medicine: eCAM, 2021, p. 9961089. https://doi.org/10.1155/2021/9961089

12. Shinyuy, L.M., Loe, G.E., Jansen, O., Mamede, L., Ledoux, A., Noukimi, S.F., Abenwie, S.N., Ghogomu, S.M., Souopgui, J., Robert, A., Demeyer, K. & Frederich, M. (2023). Secondary metabolite isolated from Artemisia afra and Artemisia annua and their anti-malarial, anti-inflammatory and immunomodulating properties-pharmacokinetics and pharmacodynamics: a review. Metabolites, 13, No. 5, p. 613. https://doi.org/10.3390/metabo13050613

13. Sohail, J., Zubair, M., Hussain, K., Faisal, M., Ismail, M., Haider, I., Mumtaz, R., Khan, A.A. & Khan, M.A. (2023). Pharmacological activities of Artemisia absinthium and control of hepatic cancer by expression regulation of TGFb1 and MYC genes. PloS one, 18, No. 4, p. e0284244. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0284244

14. Mohamed, T.A., Abd El-Razek, M.H., Saleh, I.A., Ali, S.K., Abd El Aty, A.A., Parѕ, P.W. & Hegazy, M.F. (2023). Artemisia herba-alba sesquiterpenes: in silico inhibition in the ATP-binding pocket. RSC advances, 13, No. 28, pp. 19530-19539. https://doi.org/10.1039/D3RA02690F

15. Alamgir, A.N.M. (2018). Biotechnology, in vitro production of natural bioactive compounds, herbal preparation, and disease management (treatment and prevention). Therapeutic use of medicinal plants and their extracts. Vol. 2: Phytochemistry and Bioactive Compounds, 74, pp. 585-664. https://doi.org/10.1007/978-3-319-92387-1_7

16. Rolnik, A. & Olas, B. (2021). The plants of the Asteraceae family as agents in the protection of human health. Int. J. Mol. Sci., 22, No. 6, p. 3009. https://doi.org/10.3390/ijms22063009

17. Kshirsagar, S.G. & Rao, R.V. (2021). Antiviral and immunomodulation effects of artemisia. Medicina (Kaunas, Lithuania), 57, No. 3, p. 217. https://doi.org/10.3390/medicina57030217

18. Trendafilova, A., Moujir, L.M., Sousa, P.M.C. & Seca, A.M.L. (2020). Research advances on health effects of edible Artemisia species and some sesquiterpene lactones constituents. Foods (Basel, Switzerland), 10, No. 1, p. 65. https://doi.org/10.3390/foods10010065

19. Sharifi-Rad, J., Herrera-Bravo, J., Semwal, P., Painuli, S., Badoni, H., Ezzat, S. M., Farid, M.M., Merghany, R.M., Aborehab, N.M., Salem, M.A., Sen, S., Acharya, K., Lapava, N., Martorell, M., Tynybekov, B., Calina, D. & Cho, W.C. (2022). Artemisia spp.: an update on its chemical composition, pharmacological and toxicological profiles. Oxidative medicine and cellular longevity, 2022, p. 5628601. https://doi.org/10.1155/2022/5628601

20. Kamarya, Y., Lijie, X. & Jinyao, L. (2022). Chemical constituents and antitumor mechanisms of artemisia. Anti-cancer agents in medicinal chemistry, 22, No. 10, pp. 1838-1844. https://doi.org/10.2174/1871520621666210708125230

21. Royal Botanic Gardens, Plants of the world online [Electronic resource]. (2023). Retrieved from https://powo.science.kew.org/taxon/urn:lsid:ipni.org:names:20769-2

22. Saarela, J.M., Sokoloff, P.C., Gillespie, L.J., Bull, R.D., Bennett, B.A. & Ponomarenko, S. (2020). Vascular plants of Victoria Island (Northwest Territories and Nunavut, Canada): a specimen-based study of an Arctic flora. PhytoKeys, 141, pp. 1-330. https://doi.org/10.3897/phytokeys.141.48810

23. Sathasivam, R., Choi, M., Radhakrishnan, R., Kwon, H., Yoon, J., Yang, S.H., Kim, J.K., Chung, Y.S. & Park, S.U. (2022). Effects of various Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction and analyses of primary and secondary metabolites in Ocimum basilicum. Front. Plant Sci., 13, p. 983776. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.983776

24. Yeo, H.J., Kwon, M.J., Han, S.Y., Jeong, J.C., Kim, C.Y., Park, S.U. & Park, C.H. (2023). Effects of carbohydrates on rosmarinic acid production and in vitro antimicrobial activities in hairy root cultures of Agastache rugosa. Plants (Basel, Switzerland), 12, No. 4, p. 797. https://doi.org/10.3390/plants12040797

25. Wang, H., Wang, A., Pu, H., Yang, Y., Ling, Z., Xu, H., Xu, J., Yu, H. & Wu, X. (2023). Induction, flavonoids contents, and bioactivities analysis of hairy roots and true roots of Tetrastigma hemsleyanum diels et gilg. Molecules (Basel, Switzerland), 28, No. 6, p. 2686. https://doi.org/10.3390/molecules28062686

26. Kowalczyk, T., Merecz-Sadowska, A., Rijo, P., Isca, V.M.S., Picot, L., Wielanek, M., џliwiXski, T. & Sitarek, P. (2021). Preliminary phytochemical analysis and evaluation of the biological activity of Leonotis nepetifolia (L.) R. Br transformed roots extracts obtained through Rhizobium rhizogenes-mediated transformation. Cells, 10, No. 5, p. 1242. https://doi.org/10.3390/cells10051242

27. Wojciechowska, M., Owczarek, A., Kiss, A.K., Gr·bkowska, R., Olszewska, M.A. & Grzegorczyk-Karolak, I. (2020). Establishment of hairy root cultures of Salvia bulleyana Diels for production of polyphenolic compounds. J. Biotech., 318, pp. 10-19. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.05.002

28. KrzemiXska, M., Owczarek, A., Gonciarz, W., Chmiela, M., Olszewska, M.A. & Grzegorczyk-Karolak, I. (2022). The antioxidant, cytotoxic and antimicrobial potential of phenolic acids-enriched extract of elicited hairy roots of Salvia bulleyana. Molecules, 27, No. 3, p. 992. https://doi.org/10.3390/molecules27030992

29. Gharari, Z., Bagheri, K., Danafar, H. & Sharafi, A. (2020). Enhanced flavonoid production in hairy root cultures of Scutellaria bornmuelleri by elicitor induced over-expression of MYB7 and FNSII2 genes. Plant Physiol. Biochem., 148, pp. 35-44. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.01.002

30. Murashige, T. & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant., 15, No. 3, pp. 473-497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

31. Pękal A., Pyrzynska K. (2014). Evaluation of aluminium complexation reaction for flavonoid content assay. Food Analytical Methods, 7, pp. 1776-1782. https://doi.org/10.1007/s12161-014-9814-x

32. Bogdanovych, T.A. & Matveeva, N.A. (2023, March). The use of methyl jasmonate as an elicitor to increase the synthesis of secondary metabolites in «bearded» roots of wormwood.    Materials of the 3rd International scientific-pract. internet conference «Problems and achievements of modern biotechnology» (pp. 113-114). Kharkiv: NFaU [in Ukrainian].

33. Hassini, I., Rios, J.J., Garcia-IbaФez, P., Baenas, N., Carvajal, M. & Moreno, D.A. (2019). Comparative effect of elicitors on the physiology and secondary metabolites in broccoli plants. J. Plant Physiol., 239, pp. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2019.05.008

34. Horbowicz, M., Wiczkowski, W., GЩraj-Koniarska, J., Miyamoto, K., Ueda, J. & Saniewski, M. (2021). Effect of methyl jasmonate on the terpene trilactones, flavonoids, and phenolic acids in Ginkgo biloba L. leaves: relevance to leaf senescence. Molecules (Basel, Switzerland), 26, No. 15, p. 4682. https://doi.org/10.3390/molecules26154682

35. Wang, C., Zhang, J., Lv, J., Li, J., Gao, Y., Patience, B.E., Niu, T., Yu, J. & Xie, J. (2022). Effect of methyl jasmonate treatment on primary and secondary metabolites and antioxidant capacity of the substrate and hydroponically grown chinese chives. Front. Nut., 9, p. 859035. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.859035

36. Sohn, S.I., Pandian, S., Rakkammal, K., Largia, M.J.V., Thamilarasan, S.K., Balaji, S., Zoclanclounon, Y.A.B., Shilpha, J. & Ramesh, M. (2022). Jasmonates in plant growth and development and elicitation of secondary metabolites: an updated overview. Front. Plant Sci., 13, p. 942789. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.942789

37. Vergara-MartHnez, V.M., Estrada-Soto, S.E., Valencia-DHaz, S., Garcia-Sosa, K., PeФa-RodrHguez, L.M., Arellano-GarcHa, J.J. & Perea-Arango, I. (2021). Methyl jasmonate enhances ursolic, oleanolic and rosmarinic acid production and sucrose induced biomass accumulation, in hairy roots of Lepechinia caulescens. PeerJ, 9, p. e11279. https://doi.org/10.7717/peerj.11279

38. Park, J., Yoo, E.J., Shin, K., Depuydt, S., Li, W., Appenroth, K.J., Lillicrap, A.D., Xie, L., Lee, H., Kim, G., Saeger, J., Choi, S., Kim, G., Brown, M.T. & Han, T. (2021). Interlaboratory validation of toxicity testing using the duckweed lemna minor root-regrowth test. Biology, 11, No. 1, p. 37. https://doi.org/10.3390/biology11010037

39. Rozman, U. & Kalčíková, G. (2022). The response of duckweed Lemna minor to microplastics and its potential use as a bioindicator of microplastic pollution. Plants (Basel, Switzerland), 11, No. 21, p. 2953. https://doi.org/10.3390/plants11212953

40. Huang, W., Kong, R., Chen, L. & An, Y. (2022). Physiological responses and antibiotic-degradation capacity of duckweed (Lemna aequinoctialis) exposed to streptomycin. Front. Plant Sci., 13, p. 1065199. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1065199

41. Ziegler, P., Appenroth, K.J. & Sree, K.S. (2023). Survival strategies of duckweeds, the world's smallest angiosperms. Plants (Basel, Switzerland), 12, No. 11, p. 2215. https://doi.org/10.3390/plants12112215

42. Sikorski, Ł., Bęś, A., & Warmiński, K. (2023). The effect of quinolones on common duckweed Lemna minor L., a hydrophyte bioindicator of environmental pollution. Int. J. Environ. Res. Public Health, 20, No. 6, p. 5089. https://doi.org/10.3390/ijerph20065089

43. Zhou, Y., Stepanenko, A., Kishchenko, O., Xu, J. & Borisjuk, N. (2023). Duckweeds for phytoremediation of polluted water. Plants (Basel, Switzerland), 12, No. 3, p. 589. https://doi.org/10.3390/plants12030589

44. Acosta, K., Appenroth, K.J., Borisjuk, L., Edelman, M., Heinig, U., Jansen, M.A.K., Oyama, T., Pasaribu, B., Schubert, I., Sorrels, S., Sree, K.S., Xu, S., Michael, T.P. & Lam, E. (2021). Return of the Lemnaceae: duckweed as a model plant system in the genomics and postgenomics era. Plant Cell, 33, No. 10, pp. 3207-3234. https://doi.org/10.1093/plcell/koab189

45. Penna-Coutinho, J., Aguiar, A.C. & Krettli, A.U. (2018). Commercial drugs containing flavonoids are active in mice with malaria and in vitro against chloroquine-resistant Plasmodium falciparum. Memorias do Instituto Oswaldo Cruz, 113, No. 12, p. e180279. https://doi.org/10.1590/0074-02760180279