Antimikrobiální aktivita derivátů thymochinonu

Kateřina Hanková

Master's thesis

Antimicrobial activity of thymoquinone derivatives

Abstract:

Bioaktivní látky rostlin, které jsou ve velké míře zastoupeny sekundárními metabolity, byly využívány lidmi skrze rostliny již od nepaměti. Na jejich účincích se dodnes zakládají některá tradiční léčitelství, např. ajurvédská či tradiční čínská medicína. Jelikož rostliny stále poskytují široké množství látek, jejichž účinky ještě nebyly objeveny, jsou tyto produkty metabolismu rostlin stále v zájmu vědecké společnosti. V případě analýzy účinných látek v rostlinách čeledi hluchavkovité se výzkum často zaměřuje na analýzu silic, zatímco tato studie je soustředěna na mnohdy opomíjené glykosilované deriváty, které by mohly mít vysoké uplatnění např. v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Cílem této práce je analýza derivátů thymochinonu a ověření jejich antimikrobiální aktivity. Konkrétně byly vybrány deriváty thymohydrochinon a zatarosid B. Studie je rozšířena o zmapování výskytu příbuzných látek thymochinonu, konkrétně glykosidicky vázaných terpenů u vybraných rostlin z čeledi hluchavkovitých (Origanum majorana, Origanum vulgare, Satureja hortensis, Thymus serpyllum, Thymus vulgaris a Zataria multiflora). Antimikrobiální aktivita byla testována pomocí mikrodiluční metody proti vybraným grampozitivním bakteriím (S. aureus, B. cereus) a gramnegativní bakterii (E. coli). Pro analýzu a identifikaci vybraných látek v rostlinách byla nejprve optimalizována extrakční metoda a vybrané frakce následně analyzovány pomocí UHPLC–MS/MS. Byla zjištěna schopnost thymohydrochinonu inhibovat pouze grampozitivní bakterie s minimální inhibiční koncentrací 8 ug/ml, zatímco glykosid zatarosid při použitém rozsahu koncentrací (≦128 ug/ml) nebyl aktivní proti žádné z testovaných bakterií. Dále bylo identifikováno až 24 derivátů thymochinonu a jemu příbuzného thymolu v závislosti na rostlinném druhu. Nejvíc těchto derivátů bylo detekováno v tymiánu obecném (T. vulgaris), který většinou vykazoval i jejich nejvyšší relativní obsah ze sledovaných rostlin. Souběžně se ukázalo, že tymián převyšuje svým obsahem zatarosidu B i Z. multiflora, která byla dosud popisována jako jeho jediný ověřený zdroj. V případě jeho izomeru, zatarosidu A, který byl zatím pouze předběžně identifikován, byl vyšší obsah stanoven u rostliny Z. multiflora. Tato práce by mohla být výchozím bodem pro detailnější prozkoumání biologické aktivity analyzovaných glykosilovaných derivátů a identifikaci jejich možného využití v oblasti potravinářského či farmaceutického průmyslu.

Abstract:

Bioactive phytochemicals, largely represented by secondary plant metabolites, have been used in natural remedies for thousands of years; for example, in traditional Chinese or Ayurvedic medicine. However, a large number of these metabolites and their effects still remain unknown, providing a broad venue for scientific study. In the Lamiaceae family species most of the research concentrates on the analysis of essential oils. By contrast, in this study the often neglected glycosidically bound derivates are analyzed. This thesis focuses on the analysis of thymoquinone derivates and testing of their antimicrobial activity. For this purpose, thymohydroquinone and zataroside B were selected. The study was further extended by mapping of thymoquinone-related compounds, specifically, of glycosidically bound terpenes and their distribution in selected species of the Lamiaceae family (Origanum majorana, Origanum vulgare, Satureja hortensis, Thymus serpyllum, Thymus vulgaris and Zataria multiflora). The antimicrobial activity was tested using the microdilution technique on selected gram–positive (S. aureus, B. cereus) and gram-negative (E. coli) bacteria. For the purpose of the analysis and selected plant compounds identification, the extraction method was optimized and chosen fractions were subsequently analyzed using UHPLC-MS/MS Thymohydroquinone was found to inhibit gram-positive bacteria at concentrations above 8 μg/ml. In contrast, zataroside glycoside showed no inhibiting effect against any of the studied bacteria at examined concentration range (≤128 μg/ml). Moreover, up to 24 thymoquinone and thymol derivates were identified across the specimen. The highest number of these derivates was detected in T. vulgaris which also exhibited the greatest relative concentrations of all the examined species. The concentration of zataroside B in T. vulgaris was found to exceed the concentration detected in Z. multiflora; up to now considered its only confirmed source. In case of preliminarily identified zataroside A isomer, higher concentration was, however, found in Z. multiflora. This study provides a starting point for a more detailed investigation of biological activity in studied glycosylated derivates and identifies their potential for food or pharmaceutical industry applications.

Keywords

deriváty thymochinonu, zatarosid, glykosidy, antimikrobiální aktivita, mikrodiluční metody, tymián

Keywords

thymoquinone derivatives, zataroside, glucosides, antimicrobial activity, microdilution method, thyme

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Pavel Nový, Ph.D.
• Reader: Klára Urbanová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food Quality and Processing of Agricultural Products