Riassunto analitico
Le piante aromatiche producono numerosi metaboliti secondari per interagire con l’ambiente a scopo sia attrattivo che difensivo. Tra questi metaboliti sono biosintetizzati anche numerosi composti volatili, noti sin dall’antichità. Oggigiorno, gli oli essenziali (OE) sono ben definiti dalla Farmacopea Europea e dalla International Organization for Standardization (ISO) e si assiste ad un ritorno d’interesse nei settori farmaceutico, agronomico, alimentare e cosmetico. Data la complessità degli OE, sono necessarie approfondite analisi quali-quantitative al fine di conoscerne la composizione, garantirne la genuinità e permetterne uno studio razionale delle attività biologiche. Alla luce di quanto sopra, il seguente progetto di dottorato di ricerca è stato finalizzato allo sviluppo di metodiche analitiche per lo studio della composizione fitochimica di numerosi OE mediante tecniche gas-cromatografiche (GC). Inoltre, in collaborazione con altri gruppi di ricerca, sono stati effettuati numerosi saggi biologici per valutare l’attività antimicrobica su numerosi patogeni. Trentasei OE commerciali sono stati selezionati e sottoposti ad analisi GC per determinarne il profilo caratteristico. In collaborazione con l’Università degli studi di Sassari, gli OE sono stati testati per valutarne la citotossicità su tre linee cellulari. Dal pool iniziale, sette OE hanno mostrato bassa citotossicità e sono stati quindi selezionati per valutarne l’attività antimicrobica in vitro su ceppi di Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Candida albicans. Successivamente, la ricerca si è focalizzata sull’OE ottenuto dalla corteccia di Cedrelopsis grevei H. Baillon, albero endemico del Madagascar utilizzato in etnomedicina. Ne è stata effettuata la completa caratterizzazione quali-quantitativa e, considerata la peculiarità di questo OE, si è proceduto alla separazione mediante flash cromatografia e alla caratterizzazione con tecniche NMR del suo composto principale, l’ishwarane. In collaborazione con l’Università degli studi di Ferrara, sono state valutate inoltre, l’attività antiossidante, antimicrobica e citotossica dell’OE, delle frazioni apolari e polari e dei suoi composti principali (ishwarane, β-elemene e α-copaene). Nel contesto di studi sulla famiglia delle Lamiaceae, diversi OE appartenenti ai generi Lavandula e Thymus sono stati selezionati e caratterizzati mediante tecniche GC. In collaborazione con l’Università degli studi di Teramo, ne è stata valutata l’attività antimicrobica su ceppi patogeni alimentari, quali Listeria monocytogenes e Salmonella enterica. In collaborazione con altri gruppi di ricerca è stata saggiata anche l’attività su batteri Streptococcus agalactiae e Streptococcus mutans. Infine, con lo scopo di ottimizzare le tecniche di coltivazione e di distillazione sono stati studiati OE di Lamiaceae ottenuti da piante del territorio dell’Appennino Modenese-Bolognese. Alla luce dei risultati ottenuti, si può concludere che lo studio della composizione degli OE e delle relative proprietà biologiche ha permesso di ottenere interessanti correlazioni fra i componenti e l’attività biologica. I risultati conseguiti possono rappresentare un valido contributo alla selezione di molecole e complessi efficaci nella lotta alle infezioni microbiche, diventate un’emergenza sanitaria viste le nuove forme di resistenza come evidenziato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità.
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Abstract
Aromatic plants produce several secondary metabolites with defensive and attractive purposes for their interaction with the environment. Among these metabolites, many volatile constituents are biosynthesized and they are well known since antiquity. Nowadays, according to the European Pharmacopoeia and the International Organization for Standardization (ISO), essential oils (EOs) are strictly defined and a revival of interest in companies involved in the pharmaceutical, agronomic, food and cosmetic fields can be observed. Due to the EOs complexity, deep qualitative and quantitative investigations are necessary to explore their composition, to guarantee their genuineness and to allow a rational investigation about their biological activities. In the light of all the above, this Ph.D project was focused on the development of analytical methods to study the phytochemical composition of several EOs by means of gas-chromatography (GC). Moreover, in collaboration with other research groups, several biological assays were performed to evaluate the biological activities of these phytocomplexes, by focusing on their antimicrobial activity on several pathogenic microorganisms.
Thirty-six commercial EOs were selected and subjected to GC analyses to determine their phytochemical profiles. By means of a research collaboration with the University of Sassari (Italy), the EOs were then tested for their cytotoxicity against three cell lines. From the initial pool, seven EOs showed the lowest cytotoxicity; so, they were selected to evaluate the in vitro antimicrobial activity on Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Candida albicans species.
Subsequently, a particular attention was given to Cedrelopsis grevei H. Baillon, an aromatic and medicinal tree used in ethnomedicine from Madagascar. A deep characterization and quantification were carried out and, considering the originality of this EO, its fractionation and the isolation of its main compound, namely ishwarane, were carried out by means of flash column chromatography. Ishwarane was fully characterized by NMR techniques. In collaboration with the University of Ferrara (Italy), the antioxidant, antimicrobial and cytotoxic activities of this EO, its non-polar and polar fractions and its main compounds (ishwarane, β-elemene and α-copaene) were investigated.
In the ambit of the study on Lamiaceae family, several autochthonous EOs from the genus Lavandula and Thymus were selected and characterized by means of GC techniques. In collaboration with the University of Teramo (Italy), the antimicrobial activity of these EOs was evaluated on the foodborne pathogens, includng Listeria monocytogenes and Salmonella enterica. Furthermore, in collaboration with other research groups, the antimicrobial activity was evaluated also on Streptococcus agalactiae and Streptococcus mutans.
Finally, in order to optimize EO genuineness, the cultivation and distillation techniques, EOs belonging to the Lamiaceae family from Modena and Bologna Apennines (Italy) were analysed.
In the light of the results obtained, it is possible to conclude that the study of the EO composition and the biological properties allowed us to obtain interesting correlations between the analytes and the bioactivity. The achieved results might be a valuable contribution in the selection of effective molecules and complexes to fight microbial infections, that have become an emergency due to the new drug resistances, as highlighted by the World Health Organization.
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