Χημική ανάλυση των βιοδραστικών δευτερογενών μεταβολιτών του ενδημικού φυτού Marrubium thessalum: αξιοποίηση των βιοδραστικών μεταβολιτών μέσω υδροπονικών καλλιεργειών

Abstract

The present research work constitutes the first complete study of the plant Marrubium thessalum (Lamiaceae). The chemical profile of the plant and the biological activity of a major group of its metabolites were studied. Also, the effect of deprivation of nitrogen on the quantitative and qualitative composition of phenolics, under controlled conditions of hydroponic cultivation, was examined. The dichloromethane and the methanol extract of the plant were studied and totally 49 secondary metabolites were isolated. The plant is characterized by the presence of many diterpenes. 14 labdane diterpenes were isolated, 9 of which are new natural products. Flavonoids and phenylethanoid glycosides are also produced by the plant in significant amounts. 15 flavonoids were isolated, acylated products being of major importance and 16 phenylethanoid glycosides. Also, 3 phenolic derivatives and 1 nor-isoprenoid were isolated. The contribution of these classes of metabolites in the chemotaxonomy of the genus Marrubium is being discussed. Moreover, the essential oil of the species was distilled. The oil was rich in sesquiterpenes. Caryophyllene oxide, β-caryophyllene, germacrene D, β-bisabolene and trans-β-farnesene were the major compounds. Phenylethanoid glycosides, phenolic derivatives and the methanol extract of the plant were tested for their cytotoxic effect and showed differential activity against two human cancer cell lines. Nitrogen deficiency caused changes in various developmental parameters of the plant. In addition, it affected positively the metabolism of phenolic compounds. A considerable increase in the concentration of these substances, in leaves and roots was observed, without obvious qualitative differences between the treatments. A linear correlation between the ratio of the total nitrogen content to the total content of phenolic compounds with the maximum photosynthetic capacity was observed, implying that the accumulation of phenolic compounds is not a random secondary effect, but contributes substantially to the acclimation of the plant under abiotic stress conditions.

Η παρούσα ερευνητική διατριβή αποτελεί την πρώτη ολοκληρωμένη μελέτη του φυτού της οικογένειας Lamiaceae, Marrubium thessalum Boiss. & Heldr.. Μελετήθηκε το χημικό φορτίο του φυτού, εκτιμήθηκε η βιολογική δράση μιας μεγάλης κατηγορίας από τους απομονωμένους μεταβολίτες του και τέλος εξετάστηκε εάν η έλλειψη αζώτου υπό ελεγχόμενες συνθήκες υδροπονικής καλλιέργειας προκαλεί μεταβολές στην ποσοτική και ποιοτική σύσταση των φαινολικών του συστατικών. Μελετήθηκε το διχλωρομεθανιακό και το μεθανολικό εκχύλισμα του φυτού και απομονώθηκαν συνολικά 49 δευτερογενείς μεταβολίτες. Το φυτό χαρακτηρίζεται από την παρουσία πληθώρας διτερπενίων. Απομονώθηκαν 14 λαβδανικά διτερπένια, εκ των οποίων τα 9 αποτελούν νέα φυσικά προϊόντα. Φλαβονοειδή και φαινυλαιθανοειδείς γλυκοσίδες ανήκουν και αυτά στις κύριες κατηγορίες ουσιών που παράγει το φυτό. Απομονώθηκαν 15 φλαβονοειδή, με πολύ σημαντική την παρουσία ακυλιωμένων παραγώγων και 16 φαινυλαιθανοειδείς γλυκοσίδες. Απομονώθηκαν ακόμη 3 φαινολικά παράγωγα και 1 νορισοπρενοειδές. Συζητάται η συνδρομή των δευτερογενών του μεταβολιτών στη χημειοταξινομία του γένους Marrubium L. Επιπροσθέτως, παραλήφθηκε το αιθέριο έλαιό του, το οποίο ήταν πλούσιο σε σεσκιτερπένια, με κύρια συστατικά το οξείδιο του καρυοφυλλενίου, το β-καρυοφυλλένιο, το γερμακρένιο D, το β-μπισαμπολένιο και το trans-β-φαρνεσένιο. Οι φαινυλαιθανοειδείς γλυκοσίδες, τα φαινολικά παράγωγα και το μεθανολικό εκχύλισμα του φυτού μελετήθηκαν ως προς κυτταροτοξικότητά τους και επέδειξαν διαφορετική δράση έναντι δύο ανθρώπινων καρκινικών σειρών. Η έλλειψη αζώτου προκάλεσε, εκτός των μεταβολών σε αναπτυξιακές παραμέτρους του φυτού, αύξηση της συγκέντρωσης των φαινολικών, τόσο στα φύλλα όσο και στις ρίζες. Ωστόσο δεν παρατηρήθηκαν ποιοτικές διαφορές στη σύσταση σε φαινολικά μεταξύ των χειρισμών. Παρατηρήθηκε επίσης ευθεία συσχέτιση μεταξύ του λόγου του συνολικού περιεχομένου αζώτου προς το συνολικό περιεχόμενο φαινολικών συστατικών με τη μέγιστη φωτοσυνθετική ικανότητα, υποδηλώνοντας ότι η συσσώρευση των φαινολικών δεν είναι ένα τυχαίο δευτερεύον αποτέλεσμα, αλλά συνδράμει ουσιαστικά στον εγκλιματισμό του φυτού στις συνθήκες καταπόνησης.