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Establishment of "in vitro" hairy root cultures of "Leontopodium nivale" subsp. "alpinum" and analysis of secondary metabolites
Philipp Dudek
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Sergey B. Zotchev
Mitbetreuer*in
Christoph Wawrosch
DOI
10.25365/thesis.72947
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13290.46137.563212-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Leontopodium nivale subsp. Alpinum, auch bekannt als (Alpen-)Edelweiss, ist eine alpine krautige Pflanze, die in der traditionellen europäischen Volksmedizin seit Jahrhunderten zur Linderung von Krankheiten wie Bauchschmerzen oder Erkrankungen des Respirationstrakts eingesetzt wird. In den letzten Jahrzehnten konnten interessante pharmakologische Eigenschaften der bioaktiven Inhaltsstoffe wie eine antioxidative, anti-inflammatorische und vaso- und kardioprotektive Wirkung nachgewiesen werden. Die kommerzielle Nutzung dieser Pflanze ist bis heute aufgrund des niedrigen Wirkstoffgehalts eingeschränkt. Die vorliegende Arbeit zielte anfänglich auf die Entwicklung einer pflanzenbiotechnologischen Methode ab, bei der Edelweiss-Endophyten verwendet werden, um die Produktion von bioaktiven Sekundärmetaboliten von in vitro Edelweiss-Kulturen zu erhöhen. Zu diesem Zweck sollten Samenkulturen des Edelweiss angelegt werden und anschließend junge Edelweiss- Pflanzen mit dem Bakterium Rhizobium rhizogenes infiziert werden, um die Bildung von “hairy roots“ zu induzieren und das Ausgangsmaterial für Folgeversuche zu erhalten. Wässrige Natriumhypochlorit-Lösungen, die 2,8 – 7 % aktives Chlor enthielten, wurden zur Samensterilisation verwendet. In 30 Sterilisationsversuchen wurde eine ungewöhnlich hohe mikrobielle Belastung des Samenmaterials festgestellt, wodurch pro Ansatz nur 0 – 50 % der Samenkulturen steril waren. Um die notwendige Anzahl an Edelweiss-Kulturen für die Infektionsexperimente zu erreichen, wurden die sterilen Kulturen vermehrt and durch zusätzliche Edelweiss-Pflanzen, die aus einer Klonlinie aus dem Jahr 2020 stammten, ergänzt. Verschiedene Strategien zur Pflanzeninfektion wurden erarbeitet und angewandt, wobei die Rhizobium rhizogenes Stämme ATCC15834, A4, LBA9402 und 8691 verwendet wurden. In über 200 Infektionsversuchen konnte nach 12-wöchiger Co-Kultivierung keine hairy roots- Bildung induziert werden. Anhand umfangreicher Literaturrecherche wurde versucht, mögliche Ursachen aufzuzeigen und alternative Strategien für zukünftige Studien zusammenzufassen. Um praktische Fähigkeiten in der phytochemischen Analyse zu erwerben, wurde entschieden, bereits vorhandene hairy roots-Proben von Atropa belladonna L. hinsichtlich des Gehalts an Sekundärmetaboliten zu vermessen. Die Tropan-Alkaloide Atropin und Scopolamin wurden extrahiert und anschließend mittels HPLC Analyse mit externem Standard quantifiziert. Alle zehn vermessenen Proben zeigten einen durchschnittlichen Gehalt von 418,34 μg Atropin und 151,53 μg Scopolamin pro Gramm Ausgangsdroge, mit einem durchschnittlichen Verhältnis von Atropin zu Scopolamin von 3,5.
Abstract
(Englisch)
Leontopodium nivale subsp. alpinum, commonly known as Edelweiss, is an alpine perennial plant that has been used for centuries to treat diseases like abdominal pain or disorders of the respiratory tract in traditional European folk medicine. In the past few decades, its bioactive compounds revealed interesting pharmacological properties such as antioxidative, anti-inflammatory and vaso- and cardioprotective effects. However, the commercial use of this plant is restricted to this date, due to low content of the compounds. The present study initially aimed to establish a plant biotechnological method using Edelweiss derived endophytes to enhance the production of bioactive secondary metabolites of in vitro hairy root cultures of Edelweiss. For this purpose, it was planned to initiate Edelweiss seed cultures and later induce hairy root formation by infecting young plantlets with the bacterium Rhizobium rhizogenes to generate the starting material for the subsequent experiments. Aqueous solutions of sodium hypochlorite, containing 2.8 to 7% active chlorine, were utilized for seed sterilization. In 30 sterilization attempts, an unusual high microbial load of the seed material was revealed, resulting in only 0 to 50% sterile seed cultures per batch. To obtain the necessary number of Edelweiss cultures for the infection experiments, sterile cultures were further propagated and supplemented by additional Edelweiss plantlets deriving from clonal lines that were initiated in 2020. Various strategies for plant infection were elaborated and applied using Rhizobium rhizogenes strains ATCC15834, A4, LBA9402 and 8691. In over 200 infection experiments with a co-cultivation period of 12 weeks, hairy root formation could not be successfully induced. Through extensive literature research it was attempted to point out possible causes and outline alternative strategies for further studies. In order to acquire practical skills in phytochemical analysis, it was decided to investigate already established hairy root samples of Atropa belladonna L. regarding their content of secondary metabolites. The tropane alkaloids atropine and scopolamine were extracted and quantified by HPLC analysis using external standards. All ten measured samples exhibited an average content of 418.34 μg atropine and 151.53 μg scopolamine per gram drug sample with an average atropine:scopolamine ratio of 3.5.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Edelweiß Leontopodium nivale subsp. alpinum In vitro hairy root-Kulturen Rhizobium rhizogenes
Schlagwörter
(Englisch)
Edelweiss Leontopodium nivale subsp. alpinum in vitro hairy root cultures Rhizobium rhizogenes
Autor*innen
Philipp Dudek
Haupttitel (Englisch)
Establishment of "in vitro" hairy root cultures of "Leontopodium nivale" subsp. "alpinum" and analysis of secondary metabolites
Paralleltitel (Deutsch)
Erstellung von in vitro hairy root-Kulturen von Leontopodium nivale subsp. alpinum und Analyse von Sekundärmetaboliten
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
48 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sergey B. Zotchev
AC Nummer
AC16743312
Utheses ID
65737
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |