Production of secondary metabolites in cell suspension cultures of Ocimum sanctum L.

Abstract

The Ocimum sanctum belongs to the Labiatae family. Commonly known for their medicinal and therapeutic potential, traditionally used to treat rheumatism, paralysis, epilepsy, colds, flu, high fever, influenza, abdominal pains, coughs and others symptomologies. O. sanctum is often described as a “Rasayana” (plant with adaptogenic properties), it is regarded in Ayurveda as a “elixir of life” and believed to promote longevity. Several investigators have reported that O. sanctum possess numerous biological activities mostly related with enzymatic and non-enzymatic antioxidant mechanisms and the capability of maintain body homeostasis and resistance to different stress due their phenolic compounds constituents, namely rosmarinic acid. The objectives of this study were: 1) increase rosmarinic acid and phenolics production trough elicitation techniques in cell suspension cultures; 2) evaluate the in vitro antiradical properties of these extracts; 3) Incorporate the extract into a cream base and evaluate its in vitro antioxidant properties. O. sanctum cell suspension cultures were treated with several elicitors in order to increase phenolic compounds production and accumulation (mainly rosmarinic acid); phenolic quantification of cell extracts and in vivo leaf extracts were analyzed by (HPLC-DAD). O. sanctum cell suspension cultures were able to produce 93% more rosmarinic acid than in vivo plants; In vitro radical properties of the extracts were analyzed trough DPPH, iron chelating activity, inhibition of nitric oxide production and scavenging of superoxide anion. O. sanctum cell suspension cultures extracts have shown antiradical scavenging activity for the non-enzymatic assays tested in the present study displaying high potential to inhibit the nitric oxide production and superoxide anion, avoiding their interaction and preventing the formation of ONOO−; contrary to pure rosmarinic acid, cell extracts can also chelate iron ions decreasing the formation of hydroxyl groups produced by the Fenton reaction; cell suspension extracts also displayed high DPPH scavenging potential and may act as chain breaking antioxidants. After having performed tests on the antioxidant activities O. sanctum in extracts, a portion of it was included successfully in a cream base in order to evaluate the antioxidant capacities in order to determine their ability to perform next test in rats.

A espécie Ocimum sanctum pertence à família Labiatae. Conhecido pelo seu potencial medicinal e terapêutico, é tradicionalmente utilizado no tratamento do reumatismo, paralisia, epilepsia, constipações, gripe, febres altas, dores abdominais, tosse e outras sintomatologias. O. sanctum é descrita como uma “Rasayana”, isto é, uma planta com propriedades adaptogénicas, e é conhecida pela medicina tradicional Ayurveda como sendo o “elixir da vida” e por aumentar a longevidade. Vários investigadores demonstraram que O. sanctum possui várias atividades biológicas, maioritariamente relacionadas com mecanismos antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos e, também, a capacidade de manter a homeostasia e a resistência do corpo a diferentes tipos de stresse devido ao conteúdo em compostos fenólicos, em particular o ácido rosmarínico. Assim, este estudo teve como principais objetivos: 1) o aumento da produção de ácido rosmarínico e compostos fenólicos bioactivos através da eliciação de culturas celulares em suspensão de O. sanctum; 2) a determinação in vitro das propriedades antiradicalares dos extratos respetivos; e, 3) a incorporação dos extratos num creme e avaliação in vitro das suas propriedades antiradicalares. Culturas celulares em suspensão de O. sanctum foram tratadas com vários eliciadores de forma a aumentar a produção e acumulação de compostos fenólicos, nomeadamente ácido rosmarínico. O conteúdo em compostos fenólicos dos extratos celulares e dos extratos de folhas in vivo foi determinado por HPLC-DAD. As culturas celulares em suspensão de O. sanctum demostraram uma produção de ácido rosmarínico 93% superior à das plantas in vivo. As propriedades antioxidantes dos extratos das culturas celulares de O. sanctum foram avaliadas através do método DPPH, atividade quelante do ferro, inibição da produção de óxido nítrico e remoção do anião superóxido. Os extratos das culturas celulares de O. sanctum demonstraram elevada atividade antioxidante, mostrando um elevado potencial na inibição da produção de óxido nítrico e de superóxido evitando, desta forma, a interação destes e prevenindo a formação de ONOO−. Contrariamente ao ácido rosmarínico puro, os extratos celulares têm também a capacidade de quelar iões de ferro diminuindo a formação de grupos hidroxilo produzidos na reação de Fenton. Estes extratos demonstram, ainda, um elevado potencial de scavenging de DPPH, podendo atuar como antioxidantes devido ao alto conteúdo em compostos fenólicos. Depois de ter realizado testes sobre as actividades antioxidades dos extractos de O. sanctum, uma porção dele foi incluído com sucesso numa base de creme, com objetivo avaliar as capacidades antioxidantes do creme obtido para executar próximo teste em ratos.