Published December 24, 2022 | Version v1
Publication Open

A versatile untargeted metabolomics-driven technology for rapid phytochemical profiling of stem barks of Zanthoxylum species with antioxidant and antimicrobial activities

Creators

  • 1. Kenya Forestry Research Institute
  • 2. University of Nairobi
  • 3. Technical University of Kenya
  • 4. Stellenbosch University
  • 5. Kenya Medical Research Institute

Description

Abstract Zanthoxylum species are credited with various uses in ethnomedicine due to their rich metabolite composition. In Kenya, these include management of cancer and microbial related ailments. However, there are limited reports showing how the bioactivity of Kenyan Zanthoxylum species is linked to their phytochemical profiles. This study therefore aimed at examining the chemical variation among five Zanthoxylum species found in Kenya ( Z. chalybeum, Z. gilletii, Z. holtzianum, Z. paracanthum and Z. usambarense ) using metabolomics approaches and the anti-oxidant and antimicrobial activities of these species. In a Folin–Ciocalteu test, the phenolic content of the stem bark extracts of these species were 73.083–145.272 mg TAE/g, while the alkaloids (in bromothymol blue chromogenic test) and flavonoids (in aluminium chloride test) were found to be 152.39–207.19 mg ME/g, and 109.416–186.413 mg CE/g, respectively. These extracts also exerted strong antioxidant activities in the 2,2-iphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and ferric ion reducing antioxidant power assays. In a broth dilution assay, the extract of the stem bark of Z. holtzianum ability showed the highest antimicrobial activity, followed by Z. chalybeum stem bark extract. The activities were positively correlated to both flavonoids and alkaloids concentrations, while the concentration of phenolics had weak negative correlation to antimicrobial activities. A chemometric analysis of the liquid-chromatography mass spectrometry profiles led to grouping of the species into three clusters. This study illustrates the variation in the bioactivity of Zanthoxylum species based on metabolite composition and justifies the wide usage of Zanthoxylum species in Kenyan traditional medicinal practices. Graphical abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يُنسب إلى أنواع Zanthoxylum التجريدية استخدامات مختلفة في الطب العرقي بسبب تركيبتها الأيضية الغنية. في كينيا، تشمل هذه إدارة السرطان والأمراض المرتبطة بالميكروبات. ومع ذلك، هناك تقارير محدودة توضح كيفية ارتباط النشاط الحيوي لأنواع الزانثوكسيلوم الكينية بملامحها الكيميائية النباتية. لذلك تهدف هذه الدراسة إلى فحص التباين الكيميائي بين خمسة أنواع من الزانثوكسيلوم الموجودة في كينيا ( Z. chalybeum، Z. gilletii، Z. holtzianum، Z. paracanthum و Z. usambarense) باستخدام مناهج الأيض والأنشطة المضادة للأكسدة والمضادة للميكروبات لهذه الأنواع. في اختبار Folin - Ciocalteu، كان المحتوى الفينولي لمستخلصات لحاء الساق من هذه الأنواع 73.083-145.272 مجم TAE/جم، في حين تم العثور على قلويدات (في اختبار Bromothymol Blue chromogenic) والفلافونويدات (في اختبار كلوريد الألومنيوم) 152.39-207.19 مجم ME/جم، و 109.416-186.413 مجم CE/جم، على التوالي. كما مارست هذه المستخلصات أنشطة قوية مضادة للأكسدة في مقايسات الطاقة المضادة للأكسدة 2،2 -إيفينيل-1 -بيكريل هيدرازيل (DPPH) وأيون الحديديك. في اختبار تخفيف المرق، أظهر مستخلص لحاء الساق من قدرة Z. holtzianum أعلى نشاط مضاد للميكروبات، يليه مستخلص لحاء ساق Z. chalybeum. ارتبطت الأنشطة بشكل إيجابي بتركيزات الفلافونويد والقلويدات، في حين أن تركيز الفينولات كان له ارتباط سلبي ضعيف بالأنشطة المضادة للميكروبات. أدى التحليل الكيميائي لملفات قياس الطيف الكتلي اللوني السائل إلى تجميع الأنواع في ثلاث مجموعات. توضح هذه الدراسة التباين في النشاط الحيوي لأنواع Zanthoxylum بناءً على تكوين المستقلب وتبرر الاستخدام الواسع لأنواع Zanthoxylum في الممارسات الطبية التقليدية الكينية. ملخص رسومي

Translated Description (French)

Résumé Les espèces de Zanthoxylum sont créditées de diverses utilisations en ethnomédecine en raison de leur riche composition en métabolites. Au Kenya, il s'agit notamment de la prise en charge du cancer et des affections microbiennes. Cependant, il existe peu de rapports montrant comment la bioactivité des espèces de Zanthoxylum du Kenya est liée à leurs profils phytochimiques. Cette étude visait donc à examiner la variation chimique parmi cinq espèces de Zanthoxylum trouvées au Kenya ( Z. chalybeum, Z. gilletii, Z. holtzianum, Z. paracanthum et Z. usambarense) en utilisant des approches métabolomiques et les activités antioxydantes et antimicrobiennes de ces espèces. Dans un test Folin–Ciocalteu, la teneur phénolique des extraits d'écorce de tige de ces espèces était de 73,083-145,272 mg TAE/g, tandis que les alcaloïdes (dans le test chromogène au bleu de bromothymol) et les flavonoïdes (dans le test au chlorure d'aluminium) étaient respectivement de 152,39-207,19 mg ME/g et 109,416-186,413 mg CE/g. Ces extraits ont également exercé de fortes activités antioxydantes dans les dosages du pouvoir antioxydant réducteur du 2,2-iphényl-1-picrylhydrazyle (DPPH) et des ions ferriques. Dans un test de dilution de bouillon, l'extrait d'écorce de tige de capacité Z. holtzianum a montré l'activité antimicrobienne la plus élevée, suivi de l'extrait d'écorce de tige Z. chalybeum. Les activités étaient positivement corrélées aux concentrations de flavonoïdes et d'alcaloïdes, tandis que la concentration de phénoliques avait une faible corrélation négative avec les activités antimicrobiennes. Une analyse chimiométrique des profils de spectrométrie de masse en chromatographie liquide a conduit à regrouper les espèces en trois grappes. Cette étude illustre la variation de la bioactivité des espèces de Zanthoxylum en fonction de la composition en métabolites et justifie la large utilisation des espèces de Zanthoxylum dans les pratiques médicinales traditionnelles kenyanes.

Translated Description (Spanish)

Resumen A las especies de Zanthoxylum se les atribuyen diversos usos en etnomedicina debido a su rica composición de metabolitos. En Kenia, estos incluyen la gestión del cáncer y las enfermedades relacionadas con los microbios. Sin embargo, hay informes limitados que muestran cómo la bioactividad de las especies de Zanthoxylum de Kenia está vinculada a sus perfiles fitoquímicos. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo examinar la variación química entre cinco especies de Zanthoxylum que se encuentran en Kenia ( Z. chalybeum, Z. gilletii, Z. holtzianum, Z. paracanthum y Z. usambarense) utilizando enfoques metabolómicos y las actividades antioxidantes y antimicrobianas de estas especies. En una prueba de Folin–Ciocalteu, el contenido fenólico de los extractos de corteza de tallo de estas especies fue de 73.083-145.272 mg TAE/g, mientras que los alcaloides (en la prueba cromogénica de azul de bromotimol) y los flavonoides (en la prueba de cloruro de aluminio) fueron de 152.39-207.19 mg ME/g y 109.416-186.413 mg CE/g, respectivamente. Estos extractos también ejercieron fuertes actividades antioxidantes en los ensayos de poder antioxidante reductor de 2,2-ifenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) e iones férricos. En un ensayo de dilución en caldo, el extracto de la corteza del tallo de Z. holtzianum mostró la mayor actividad antimicrobiana, seguido por el extracto de corteza del tallo de Z. chalybeum. Las actividades se correlacionaron positivamente con las concentraciones de flavonoides y alcaloides, mientras que la concentración de fenólicos tuvo una correlación negativa débil con las actividades antimicrobianas. Un análisis quimiométrico de los perfiles de espectrometría de masas de cromatografía líquida condujo a la agrupación de las especies en tres grupos. Este estudio ilustra la variación en la bioactividad de las especies de Zanthoxylum en función de la composición de los metabolitos y justifica el amplio uso de las especies de Zanthoxylum en las prácticas medicinales tradicionales de Kenia. Resumen gráfico

Files

s13596-022-00676-w.pdf.pdf

Files (1.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d3373488ac8ef423c36078549dd540ed
1.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقنية استقلابية غير مستهدفة متعددة الاستخدامات للتوصيف الكيميائي النباتي السريع لنباح الساق من أنواع زانثوكسيل مع أنشطة مضادة للأكسدة ومضادة للميكروبات
Translated title (French)
Une technologie polyvalente axée sur la métabolomique non ciblée pour le profilage phytochimique rapide des écorces de tige des espèces Zanthoxylum avec des activités antioxydantes et antimicrobiennes
Translated title (Spanish)
Una tecnología versátil impulsada por la metabolómica no dirigida para el perfilado fitoquímico rápido de cortezas de tallo de especies de Zanthoxylum con actividades antioxidantes y antimicrobianas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4313420978
DOI
10.1007/s13596-022-00676-w

Is supplement to
https://openalex.org/W4386696306 (Other)
https://openalex.org/W4380985468 (Other)
https://openalex.org/W4306398780 (Other)
https://openalex.org/W2730286773 (Other)
https://openalex.org/W2337781579 (Other)
https://openalex.org/W2186086384 (Other)
https://openalex.org/W2182981605 (Other)
https://openalex.org/W2136476259 (Other)
https://openalex.org/W2021764839 (Other)
https://openalex.org/W1548904795 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1600413807
  • https://openalex.org/W1852359153
  • https://openalex.org/W1967053019
  • https://openalex.org/W1970351277
  • https://openalex.org/W1997567914
  • https://openalex.org/W2001795223
  • https://openalex.org/W2002527655
  • https://openalex.org/W2016988514
  • https://openalex.org/W2035081460
  • https://openalex.org/W2043934437
  • https://openalex.org/W2054568021
  • https://openalex.org/W2062174238
  • https://openalex.org/W2083308882
  • https://openalex.org/W2083724089
  • https://openalex.org/W2103517584
  • https://openalex.org/W2105884781
  • https://openalex.org/W2106033130
  • https://openalex.org/W2112475664
  • https://openalex.org/W2114884245
  • https://openalex.org/W2116060738
  • https://openalex.org/W2121574075
  • https://openalex.org/W2125862704
  • https://openalex.org/W2135826689
  • https://openalex.org/W2136436700
  • https://openalex.org/W2155985779
  • https://openalex.org/W2165292984
  • https://openalex.org/W2165477460
  • https://openalex.org/W2330672810
  • https://openalex.org/W2598712105
  • https://openalex.org/W2755614325
  • https://openalex.org/W2762767051
  • https://openalex.org/W2794387679
  • https://openalex.org/W2796983168
  • https://openalex.org/W2806586328
  • https://openalex.org/W2888459204
  • https://openalex.org/W2903024705
  • https://openalex.org/W2932350194
  • https://openalex.org/W2975292792
  • https://openalex.org/W2982986121
  • https://openalex.org/W2998049532
  • https://openalex.org/W3006360176
  • https://openalex.org/W3015529274
  • https://openalex.org/W3044377616
  • https://openalex.org/W3084297169
  • https://openalex.org/W3119127186
  • https://openalex.org/W3184005495
  • https://openalex.org/W4245856322
  • https://openalex.org/W4248528087