Kunnen planten ook worden gebruikt om pathogenen bij de

Introductie (I)
Synthetische geneesmiddelen
Fytotherapeutica
Enkelvoudige, actieve,
chemische substantie
Per definitie*: complex
mengsel van (actieve)
inhoudsstoffen
Fytogene geneesmiddelen
Enkelvoudige, actieve
inhoudsstof geïsoleerd uit een
plant
*
Introductie (II)
Plant:
- primaire metabolieten:
- algemeen voorkomend
- noodzakelijk voor het overleven van de plant
(groei en voortplanting)
- koolhydraten, eiwitten, lipiden, DNA/RNA
- secundaire metabolieten:
- beperkte verspreiding, vaak aangemaakt in
specifieke planten of planten-families
- bouwstenen afkomstig uit primair metabolisme
maar vaak uitgebreid gemodificieerd
- “bijproducten” van primair metabolisme?
- interactie met omgeving?
Geneesmiddelen die als actief bestanddeel uitsluitend planten, plantendelen of
–materialen (inclusief sappen, gommen, vette of vluchtige oliën) bevatten of combinaties
hiervan, zowel in ruwe vorm als verwerkt tot een product (ESCOP)
Interactie tussen plant en omgeving (I)
Interactie tussen plant en omgeving (II)
Salicylzuur leidt tot een verhoogde
productie van eiwitten die zijn
betrokken bij de afweer-reactie van
de plant
TMV = Tabak Mozaïek Virus
Virale infecties in de tabaksplant (Nicotinia
tabacum) leiden tot een verhoging van het
salicylzuur-gehalte
planten kunnen
zich verdedigen tegen
pathogenen!
Kunnen planten ook worden
gebruikt om pathogenen bij de
mens te bestrijden?
Kunnen planten ook worden
gebruikt om pathogenen bij de
mens te bestrijden?
(fytotherapeutica als antibiotica)
(fytotherapeutica als antibiotica)
Ja!?
1
Specerijen / kruiden
Knoflook
Joachim Beuckelaer (1530-1574) “De vier elementen, aarde”
Joachim Beuckelaer (1530-1574) “De vier elementen, aarde”
Knoflook is goed tegen al het “venijn en vergif” en wanneer het
wordt gegeten of gedronken heeft het de eigenschap “weerstand te
bieden aan het venijn”, op een manier dat al het “venijnige gedierte
vlucht”
Rembert Dodoens “Cruydt-Boeck”(1644)
Rembert Dodoens “Cruydt-Boeck”(1644)
Wanneer knoflook wordt ingenomen, beschermt het tegen “kwaad
en vuil drinken” zodat men daar niet ziek van wordt
Antibiotics / antibacterial agents / bactericidal agents / bacteriocides
In deze presentatie:
- Thymol / carvacrol (o.a. uit Thymus vulgaris)
in combinatie met:
totaal
overzichts
artikelen
klinische
studies
Herbal medicines
371
37
40
Plant / Plant
constituents
7892
617
106
Carvacrol / Thymol
132
2
- Glucosinolaten / isothiocyanaten (o.a. uit Brassica-species en
in mierikswortel (Armoracia rusticana) en mosterdzaad (Sinapis
alba)
- Cranberry (Vaccinium macrocarpon)
- Looistoffen (o.a. uit Camellia sinensis)
- Mogelijkheden en beperkingen van plantaardige antibiotica /
fytotherapeutica
2
Thymol en carvacrol (I)
Thymol en carvacrol (II)
Olie van echte tijm en/of wilde marjolein en/of thymol en/of carvacrol
hebben een antibacteriële werking tegen, o.a.:
OH
Aerobacter aerogenes
Aeromonas hydrophila
Bacillus cereus
B. subtilis
Clostridium botulinum
Escherichia coli
Klebsiella pneumoniae
Lactobacillus plantarum
Listeria monocytogenes
OH
Thymol
Carvacrol
Hoofdbestanddelen in
vluchtige olie van echte
tijm (Thymus vulgaris) en
wilde marjolein
(Origanum vulgare)
Thymus vulgaris
Proteus vulgaris
Pseudomonas aeruginosa
Salmonella paratyphi
S. typhimurium
Staphylococcus albus
St. aureus
St. faecalis
Streptococcus faecalis
Vibrio parahaemolyticus
Origanum vulgare
Burt (2004) Int J Food Microbiol 94:223-253; Billing en Sherman (1998) Q Rev Biol 73:3-49.
Thymol en carvacrol (IV)
O
HO
HO
HO
HO
HO
HO
H
O
membraanpotentiaal
(beïnvloeding H+- en
K+-concentraties)
H+
HO
H
Thymol en carvacrol (III)
controle
HO
HO
energiehuishouding
([ATP]int)
K+
oregano-olie
HO
eiwit-synthese
H
O
O
Burt (2004) Int J Food Microbiol 94:223-253; Ultee, et al. (1999) Appl Environm Microbiol 65:4606-4610.
H
membraan-integriteit
(vloeibaarheid, permeabiliteit)
Burt en Reinders (2003) Lett Appl Microbiol 36:162-167.
Thymol en carvacrol (VI)
Thymol en carvacrol (V)
sub-lethale doseringen van carvacrol:
OH
OH
OH
NH2
carvacrol
(1 mM)
carvacrol
(1 mM)
induceren de
productie van
“stress-eiwitten”
carvacrol
3-isopropylfenol
o-cresol
p-cymeen
2-aminop-cymeen
Oplosbaarheid
(mM)
6,7
14,4
> 20
< 0,05
6,4
Bactericide
activiteit (mM)
1,3
1,8
3,4
> 36
4,3
carvacrol
(1 mM)
en veroorzaken immobiliteit
(remming synthese van flagelline)
Veldhuizen, et al. (2006) J Agric Food Chem 54:1874-1879.
Burt, et al. (2007) Appl Environm Microbiol 73:4484-4490.
3
Thymol en carvacrol (VII)
Thymol en carvacrol (VII)
Toevoeging van (vluchtige olie) van tijm en/of wilde marjolein (0,1-0,2%)
aan het voer, heeft een positieve invloed op de darmgezondheid van
varkens:
Toevoeging van (vluchtige olie) van tijm en/of wilde marjolein (0,1-0,2%)
aan het voer, heeft een positieve invloed op de darmgezondheid van
varkens:
- verhoging van de gemiddelde dagelijkse gewichtstoename, en/of;
- verbetering van de voederconversie, en/of;
- vermindering van de klinische symptomen van
enterotoxemie na infectie met E. coli bij biggen,
en/of;
- verlaging van de mortaliteit ten gevolge van
infecties met E. coli.
- verhoging van de gemiddelde dagelijkse gewichtstoename, en/of;
- verbetering van de voederconversie, en/of;
- vermindering van de klinische symptomen van
enterotoxemie na infectie met E. coli bij biggen,
en/of;
- verlaging van de mortaliteit ten gevolge van
infecties met E. coli.
→ in een aantal opzichten vergelijkbaar met
anti-microbiële groeibevorderaars (AMGB’s)
Thymol en carvacrol (VIII)
Fyto-V project
…… maar ook:
- verbetering van de samenstelling van de darmflora, en/of;
- vermindering van de uitstoot van ammonia, en/of;
- verbetering van de reproductie (minder
improductiviteit en mortaliteit onder zeugen,
meer levend-geboren biggen), en/of;
- voorkoming / vermindering van de vorming van
antibiotica-resistente E. coli-stammen.
Fyto-V project
Behandeling van coccidiose bij kippen
(challenge-proef)
- ontwikkelen van fytotherapeutica voor het reduceren en behandelen
van dierziekten
- geïnitieerd door de biologische landbouw
- gesubsidieerd door het ministerie van LNV
partners:
- RIKILT (projectleider: Maria Groot)
- Instituut voor Etnobotanie en Zoöfarmacognosie
- PhytoGeniX
- Faculteit Diergeneeskunde
(Universiteit Utrecht)
- Animal Sciences Group
(Wageningen UR)
- Louis Bolk Instituut
- HAS Den Bosch
Glucosinolaten en isothiocyanaten (I)
- Kool-soorten (Brassica-species)
broccoli, bloemkool, spruitjes, enz.
- Mierikswortel (Armoracia rusticana)
Verbetering van de darmgezondheid bij varkens
(proef onder gecontroleerde omstandigheden en
praktijkproeven)
- Witte mosterd (Sinapis alba)
- Zwarte mosterd (Brassica nigra)
- Oost-Indische kers (Tropaeolum majus)
Subklinische mastitis / hoog
celgetal (praktijkproeven)
- Tuinkers (Lepidium sativum)
→ biofilm-formatie!
4
Glucosinolaten en isothiocyanaten (II)
Glucosinolaten-concentratie
afhankelijk van:
Zwavel- en stikstof-bevattende verbindingen
- Glucosinolaten worden omgezet door het enzym myrosinase in
isothiocyanaten, de antibacteriële metabolieten
S
R
glucose
N OSO3
+
H2O
myrosinase
R
glucosinolaat
__
N=C=S
+
-
HSO4
Glucosinolaten en isothiocyanaten (III)
+
glucose
Glucosinolaten-gehalte in bloemkool
na snijden
Bewaar-condities:
- kamertemperatuur
- koelkast (3-7 dagen)
- vriezen / dooien
□
■
totaal-gehalte
sinigrine-gehalte
isothiocyanaat
Manier van voorbewerken:
- snijden / malen
Shapiro, et al. (1998) Cancer Epidemiol Biomarker Prevention 7:1091-1100.
- Myrosinase ligt in de plant apart van de
glucosinolaten opgeslagen; bij beschadiging
van de plant (vraat / snijden) komen enzym
en substraat pas in contact en worden
isothiocyanaten gevormd
na koken
● bloemkool
○
Manier van bereiden:
- koken in water
- roerbakken, stomen
- magnetron
kookvocht
Kelly, et al. (1998) Planta 206:370-377.
Song en Thornalley (2007) Food Chem Toxicol 45:216-224.
Glucosinolaten en isothiocyanaten (IV)
Glucosinolaten worden ook in het lichaam gemetaboliseerd
→ pro-drug concept
Metabolieten van isothiocyanaat in de urine
o.a. tot de antimicrobiële isothiocyanaten
door de darmflora (o.a. Bacteriodes-,
Bifidobacterium-, Peptostreptococcus-,
Enterococcus- en Escherichia-soorten)
irradicatie
darmflora
Glucosinolaten en isothiocyanaten (V)
Isothiocynaten worden verder in het lichaam gemetaboliseerd
door de lever via binding aan glutathion
glutathion-S-transferase
Gly
Glu
Cys +
Gly
GST
R
N=C=S
Glu
S
glutathion
S Cys-NAc
Cys
S
H
R
isothiocyanaat
N
H
S
S
R
N
S
H
mercaptuurzuur
Shapiro, et al. (2001) Cancer Epidemiol Biomarker Prevention 10:501-508.
urine
Toediening glucosinolaten
→ pas op: mogelijk beïnvloeding van de
ontgiftende capaciteit van de lever (verbruik
van glutathion)!
Studie-dag
Bones en Rossiter (2006) Phytochemistry 67:1053-1067; Krul, et al. (2002) Carcinogenesis
23:1009-1016; Shapiro, et al. (1998) Cancer Epidemiol Biomarker Prevention 7:1091-1100.
Glucosinolaten en isothiocyanaten (VI)
1/V ((pmol/min/pmol CYP)-1)
…… en beïnvloeden zelf ook de metabole activiteit van de lever
(remming cytochroom P450 (CYP) isoenzymen)
1/[testosteron] (µM-1)
1/[warfarine] (µM-1)
1/[mefenytoïne] (µM-1)
→ pas op: mogelijke interacties met
geneesmiddelen!
Nakajima, et al. (2001) Drug Metabol Disp 29:1110-1113.
Glucosinolaten en isothiocyanaten (VII)
Wat betreft de therapeutische toepassing van isothiocyanaten is
rond 1950 in Duitsland veel onderzoek gedaan:
- isothiocyanaten uit mierikswortel (Armoracia rusticana) en OostIndische kers (Tropaeolum majus) vertonen een breed-spectrum
werking tegen zowel gram-positieve als gram-negatieve
bacteriën;
- (metabolieten) van isothiocyanaten worden in werkzame
concentraties via de nieren en de luchtwegen uitgescheiden;
- isothiocyanaten uit Oost-Indische kers zouden relatief weinig
effect hebben op de normale darmflora;
- in hoge concentraties zijn isothiocyanaten irriterend voor huid
en slijmvliezen.
Wagner, et al. (1965) Arzneimittel- Forsch 15:453-457 .
5
Glucosinolaten en isothiocyanaten (VIII)
Laboratorium-onderzoek heeft recent aangetoond dat
isothiocyanaten antibacterieel werken tegen, o.a.:
Glucosinolaten en isothiocyanaten (IX)
intracellulaire doding (epitheelcellijn) van H. pylori door
sulforafaan
antibacteriële activiteit van
sulforafaan op klinische isolaten
van H. pylori
- Bacillus subtilis;
- Staphylococcus aureus (inclusief antibiotica-resistente S.
aureus)
- Escherichia coli;
- Pseudomonas aeruginosa;
- Neisseria gonorrhoeae;
- Klebsiella pneumoniae, en;
- Helicobacter pylori (o.a. sulforafaan uit broccoli (Brassica
oleracea var. italica) en allyl-isothiocyanaat uit wasabi
(Wasabia japonica))
Cla = claritromycine (o.a. Klacid®)
Met = metronidazol
Grafiek A = klinisch isolaat H. pylori
Grafiek B = referentie-stam H. pylori
Swart, et al. (2002) Bioorg Med Chem Lett 12:2435-2437; Haristoy, et al. (2005) Planta Med 71:326330; Shin, et al. (2004) Int J Food Microbiol 94:255-261; Fahey, et al. (2002) PNAS 99:7610-7615.
Fahey, et al. (2002) PNAS 99:7610-7615.
Glucosinolaten en isothiocyanaten (X)
Cranberry en blaasontsteking (I)
Momenteel wordt de antimicrobiële activiteit van isothiocyanaten
vooral (op experimentele schaal) benut in de voedingsmiddelenindustrie om de houdbaarheid van producten te verbeteren.
bacteriële besmetting van gehakt na behandeling
met allyl-isothiocyanaat
– AIT
totaal aantal
bacteriën
+ AIT
– AIT
E. coli O157:H7
+ AIT
Cranberry = Amerikaanse veenbes
(Vaccinium macrocarpon)
Nadarajah, et al. (2001) Int J Food Microbiol 9:269-279.
Cranberry en blaasontsteking (II)
Het National Institute of Health noemt de wetenschappelijke
onderbouwing voor de preventie van urineweg-infecties bij
gezonde vrouwen en bewoners in verpleeghuizen goed.
Volgens de American Herbal Pharmacopoeia is er “good clinical
evidence to suggest that cranberry can support a healthy urinary
tract by helping to prevent urinary tract infection”.
Cranberry en blaasontsteking (III)
Werkingsmechanisme: cranberry remt de aanhechting van E.coli aan
de epitheelcellen van de urinewegen door
inhibitie van de adhesie van type-1 fimbriae
(fructose) en P-fimbriae (proanthocyanidine
type-A)
OH
De National Kidney Foundation adviseert dagelijks cranberry-sap
te gebruiken om urineweg-infecties te helpen voorkomen.
HO
OH
OH
OH
O
OH
OH
O
Het Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments keurt
gezondheids-claims goed waarin wordt beweerd dat cranberry de
aanhechting van E. coli bacteriën aan de wand van de
urinewegen helpt te verminderen.
O
HO
OH
O
OH
HO
OH
HO
OH
Foo, et al. (2000) J Nat Prod 63:1225-1228.
6
Cranberry en blaasontsteking (IV)
Cranberry en blaasontsteking (V)
Effectieve dagelijkse dosering van cranberry voor de preventieve
behandeling van urineweg-infecties (op basis van klinisch onderzoek):
250-750 ml cranberry-sap
250-750 ml cranberry-cocktail (gezoet)
400-800 mg poeder (extract / droge stof)
B
A
Het nut van cranberry als curatieve behandeling van urineweginfecties is niet bewezen!
C
D
A = 250 ml placebo
C = 750 ml placebo
B = 250 ml cranberry-sap (Ocean-Spray)
D = 750 ml cranberry-sap
Di Martino, et al. (2006) World J Urol 24:21-27.
Looistoffen (I)
Looistoffen (II)
Water-oplosbare fenolische verbindingen met een moleculair
gewicht tussen 500 en 3000, die niet alleen de normale fenolische
reacties geven maar daarnaast ook speciale eigenschappen
hebben, zoals het vermogen om alkaloïden, gelatine en andere
eiwitten neer te laten slaan (Bate-Smith en Swain; 1962)
G
OH
OH
OG
O
HO
OH
G
G
GO
O
Galnoot op eik (Quercus-soort)
OG
GO
OH
OG
OH
HO
OH
O
HO
O
O
OH
HO
G =
G
=
HO
OH
HO
OH
O
O
O
O
OH
OH
HO
HO
OH
OH
OH
gecondenseerde looistoffen
(flavanol-derivaten)
hydrolyseerbare looistoffen
(galloyl-glucose esters)
Looistoffen (III)
Thee (Camellia sinensis)
Looistoffen (IV)
Klinische pilot-studie in Malawi (in samenwerking met Dr E.J. van
Hasselt, Queen Elizabeth Central Hospital, Blantyre, Malawi en Prof.
Dr R.W. Kreis, Rode Kruis Ziekenhuis, Beverwijk:
20 patiënten (vooral kinderen)
10 patiënten: vers thee-extract op verbandgaas
10 patiënten: standaard-behandeling
Precipitatie van eiwitten in het wond-excudaat:
onderzoeksparameters:
- wondinfectie (Stapylococcus aureus)
- wondgenezing (uiterlijk van de korst, hypertrofie)
- vorming van een impermeabel membraan over de brandwond
- vermindering pijn en infectierisico
- verbetering van de wondgenezing
- verlaging van de mortaliteit
Mitchiner (1933) BMJ 447-452; Davidson (1925) Surg Gynecol Obstet 41:202-221.
7
Geslacht
Leeftijd
Oorzaak
Diepte
S. aureus infectie
Kwaliteit van korst
Hypertrofie
Bijwerkingen
Man / vrouw
Jaar
<10 jaar (aantal)
Water
Vuur
Tweede-graads
Derde-graads
Gemengd
Soepel
Hard
Niet bepaald
Ja
Nee
Niet bepaald
Thee-behandeling
Controle
8/2
3 - 38
5
8
2
7
2
1
1
6
1
3
1
5
4
0
6/4
4 - 50
4
8
2
6
1
3
10
3
4
3
5
1
4
0
←
!→
Looistoffen (VI)
Controle
Thee-behandeling
Conclusie; mogelijkheden en beperkingen
van plantaardige antibiotica / fytotherapeutica
Planten kunnen dienen als bron voor nieuwe antibacteriële middelen
met mogelijk interessante, nieuwe werkingsmechanismen.
Plantaardige antibiotica / fytotherapeutica werken mogelijk beter
preventief dan curatief.
De systemische beschikbaarheid van plantaardige antibiotica /
fytotherapeutica is mogelijk laag.
Onderzoek naar de mogelijke bijwerkingen en resistentie-vorming
moet voor plantaardige antibiotica / fytotherapeutica nog worden
geïnitieerd.
8