Jak pozyskać więcej związków leczniczych z tarczycy bajkalskiej? Odpowiedzi na to pytanie szukają naukowcy z Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu. Ich badania są pierwszymi na świecie, w których przewidziano nie tylko użycie impulsów elektrycznych, ale także neutralnych dla roślin solwentów. Ma to umożliwić wielokrotne pobieranie z korzeni cennych substancji aktywnych.
Wzrost liczby ludności, globalne ocieplenie, rozwój przemysłu, który generuje zanieczyszczenie środowiska i ogromne zużycie słodkiej wody – wszystko to sprawia, że na całym świecie poszukiwane są alternatywne możliwości upraw. Jedną z nich jest hodowla roślin w warunkach sztucznego wzrostu, nad którą pracują naukowcy z Katedry Biologii i Biotechnologii Farmaceutycznej Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu.
Do badania wybraliśmy Scutellaria baicalensis Georgi, czyli tarczycę bajkalską. Jest ona coraz szerzej wykorzystywana w medycynie i wytwarza wiele substancji o ogromnym potencjale terapeutycznym, które w przyszłości mogą stać się lekami. Chcemy przede wszystkim stymulować wzrost jej korzenia, w którym zawarte są najbardziej interesujące nas związki oraz wielokrotnie izolować substancje z tej samej rośliny – informuje Kajetan Grzelka.
Tarczyca bajkalska w naturalnych warunkach występuje na terenie Chin, Rosji i Mongolii. Od tysięcy lat stosowana jest w tradycyjnej chińskiej medycynie, a w 2011 r. wpisana została do farmakopei europejskiej – tj. spisu surowców roślinnych, substancji czynnych i podłoży używanych przy sporządzaniu produktów farmaceutycznych. Dla naukowców najbardziej interesujący jest jej korzeń, który zawiera liczne związki o właściwościach leczniczych i prozdrowotnych. Największe stężenie aktywnych składników notują rośliny 3- i 4-letnie. Zawarte w korzeniu flawonoidy (m.in. bajkalina, bajkaleina, wogonina i wogonozyd) wskazują działanie przeciwnowotworowe, przeciwzapalne, antyoksydacyjne, neuroprotekcyjne, przeciwdepresyjne i przeciwlękowe. Substancje te znajdują zastosowanie także w chorobach układu odpornościowego oraz układu sercowo-naczyniowego. Wykorzystywane są również w stomatologii (np. w terapii chorób przyzębia, takich jak paradontoza) oraz przemyśle kosmetycznym, jako składnik kremów przeciwstarzeniowych czy redukujących stany zapalne.
Właśnie z jej udziałem naukowcy z Wrocławia realizują projekt „Dojenie korzeni za pomocą naturalnych rozpuszczalników eutektycznych (DES) i elektroporacji (PEF) jako innowacyjna metoda pozyskiwania związków aktywnych roślin leczniczych”. Poszukując alternatywy dla tradycyjnych upraw glebowych, zdecydowali się na metodę o nazwie aeroponika. Zakłada ona dojrzewanie rośliny w niewielkim pojemniku, a do jej wzrostu wykorzystywana jest specjalna pożywka, którą zraszany jest zwisający w powietrzu korzeń. Fakt, że korzeń wisi swobodnie nie tylko sprzyja jego napowietrzeniu, ale też ułatwia rozrost. Metodę wyróżnia to, że uprawa zajmuje o wiele mniej miejsca, przez co jest wydajniejsza, nie potrzebuje ziemi i zużywa o wiele mniej wody. Ponadto warunki hodowli, kontrolowane pod względem temperatury czy wilgotności, nie wymagają stosowania powszechnej w konwencjonalnym rolnictwie chemii, a więc np. pestycydów, które chronią rośliny przed szkodnikami.
Obecnie w Ogrodzie Botanicznym Roślin Leczniczych UMW znajduje się ponad 10o sztuk tarczycy, które rosną w specjalnych kuwetach do hodowli aeroponicznej. Naukowiec wykorzysta je w dalszej części badania, która zakłada izolację związków leczniczych z korzenia tarczycy bajkalskiej za pomocą odwracalnej elektroporacji. Jest to stymulacja przy użyciu impulsów elektrycznych, dzięki którym w komórkach tworzą się mikroskopijne otwory – tzw. pory, zamykające się w czasie od kilku do kilkunastu minut po zaprzestaniu dostarczania prądu. Sprzyja to wymianie substancji z wnętrza komórek rośliny z jej środowiskiem oraz dodatkowo stanowi bodziec stresowy, dzięki któremu roślina szybciej rośnie i zwiększa się ilość zawartych w niej związków aktywnych. To jednak nie koniec innowacji.
Jak wynika z dostępnych danych, jako jedyni na świecie badamy metodę uprawy tarczycy bajkalskiej przy wykorzystaniu aeroponiki, połączoną z przyżyciową ekstrakcją związków aktywnych przy użyciu elektroporacji oraz specjalnych rozpuszczalników – dodaje Grzelka.
Rozpuszczalniki, zwane solwentami, służą izolacji substancji leczniczych. Zwykle w ekstrakcji roślinnej stosowane są do tego lotne związki organiczne, takie jak metanol, etanol i inne, szkodliwe dla ludzi i środowiska. We Wrocławiu dążą, aby zastąpić je naturalnymi rozpuszczalnikami eutektycznymi.
Zamierzamy opracować taki skład solwentu, który zapewni właściwe przewodzenie impulsów elektrycznych i izolację cennych dla nas związków roślinnych, a jedocześnie będzie nietoksyczny i nie uszkodzi rośliny – tłumaczy badacz. – W przeciwieństwie do konwencjonalnego sposobu ekstrakcji, zakładającego wyhodowanie, wysuszenie i zmielenie materiału, a następnie sporządzenie ekstraktu, chcemy z jednej rośliny wielokrotnie wyciągać substancje lecznicze w miarę jej ciągłego wzrostu. Fachowo nazywa się to „dojeniem korzeni”.
Powodzenie nowej metody oznaczałoby spore oszczędności – miejsca (np. jedna uprawa zamiast pięciu oraz możliwość uprawy piętrowej zamiast powierzchniowej), wody oraz materiału roślinnego. Technologia byłaby więc bardziej ekologiczna, wydajna i przyniosłaby szereg korzyści ekonomicznych.
Docelowo ten innowacyjny sposób teoretycznie mógłby być wykorzystywany także w uprawach innych roślin niż lecznicze. W Japonii już powstają farmy hydroponiczne, a tamtejsi naukowcy prowadzą prace nad elektroporacją np. korzeni sałaty. Zaletą metody jest także to, że roślina dojrzewa sama, naturalnie. To zatem czysta żywność organiczna, bez żadnych wspomagaczy.
Anna Szejda, źródło: UMW