Guazuma ulmifolia – mutamba: a traditional medicinal plant and source of proanthocyanidins

Jiří Patočka, Sandra Maria Barbalho, Maribel Ovando-Martínez, Mathew Chidozie Ogwu

     Guazuma ulmifolia Lam., commonly known as mutamba or guácimo, is a tropical tree belonging to the family Malvaceae (in some older taxonomic systems classified within the family Sterculiaceae). It is native to tropical America, particularly Mexico, Central America and extensive areas of South America. It has a long history of use in traditional medicine, especially in Mexico, Brazil, Bolivia, Ecuador, Guatemala and other Latin American countries (Shekhawat et al., 2021). The leaves, bark and fruits are particularly widely used, with the bark and leaves having received the greatest scientific attention to date. Modern phytochemical studies indicate that G. ulmifolia is a notable source of polyphenolic compounds, particularly condensed tannins—proanthocyanidins—and flavonoids.

Botanical characteristics

     Guazuma ulmifolia is a medium-sized to tall tree that can reach approximately 30 m in height under favourable conditions. It is characterised by a relatively broad crown, alternate ovate to oblong-ovate leaves and small flowers. The fruit is a characteristic hard, dark capsule containing numerous seeds. The species is ecologically adaptable and, throughout tropical America, is used not only as a medicinal plant but also as a source of timber, fodder and other useful products (Janzen, 1982). The name mutamba is particularly widespread in Portuguese- and Spanish-speaking regions of Latin America. The English common name “bastard cedar” refers to a certain superficial resemblance to cedars; botanically, however, the species is not related to coniferous cedars. The importance of the species in traditional cultures is particularly noteworthy because different parts of the plant—including the leaves, bark, fruits, roots and flowers—are used.

Digitální dvojče buňky: budeme jednou testovat léčiva nejprve ve virtuálním světě?

Kamil Kuča, Dominik Palla

     Představme si, že máme novou molekulu, která by se jednou mohla stát léčivem. Dnes ji čeká dlouhá cesta od prvních biochemických testů přes buněčné kultury a preklinické experimenty až k prvnímu podání člověku. Co kdyby ale bylo možné ještě předtím položit mnohem jednodušší otázku počítači: Co tato molekula udělá s buňkou?

     Nejde přitom pouze o to, zda se naváže na určitý receptor nebo inhibuje konkrétní enzym. Mnohem zajímavější by bylo předpovědět, co se následně stane s buněčnou signalizací, metabolismem, mitochondriemi, expresí genů a nakonec s celou buňkou. Ještě před několika lety by podobná představa patřila spíše do oblasti science fiction. Dnes se však na jejím uskutečnění skutečně pracuje. Postupně vzniká koncept digitálního dvojčete buňky, tedy cellular digital twin.

Od digitálního motoru k digitální buňce

     Myšlenka digital twin se původně rozvíjela především v technických oborech. Fyzický objekt, například motor, výrobní linka nebo letadlo, má svoji digitální reprezentaci, kterou lze průběžně aktualizovat pomocí dat z reálného systému. Na ní je potom možné simulovat různé situace, předvídat poruchy nebo zkoušet zásahy, aniž bychom riskovali poškození skutečného zařízení.

     Biomedicína začíná podobnou myšlenku přenášet na živé systémy. Vznikají digitální modely orgánů, fyziologických procesů a v dlouhodobější vizi dokonce celých pacientů. Mezi molekulou léčiva a člověkem však existuje ještě jedna zcela zásadní úroveň, totiž buňka. V ní se odehrává velká část procesů, které nakonec rozhodnou, zda léčivo bude účinné, nebude fungovat nebo vyvolá nežádoucí či toxický účinek. Léčivo se může navázat na svůj molekulární cíl, ovlivnit signální dráhu, změnit expresi genů nebo metabolismus a teprve následně pozorujeme výsledný biologický efekt. Pokud bychom dokázali alespoň část tohoto děje reprodukovat v počítači, získali bychom nástroj, který by mohl být zajímavý nejen pro základní výzkum, ale také pro farmakologii a toxikologii.

Kyselina ibotenová a muscimol – hlavní neuroaktivní látky muchomůrky červené

Jiří Patočka, Daniel Kružík, Dominik Kružík

     Muchomůrka červená (Amanita muscaria) patří k nejznámějším psychoaktivním houbám a současně představuje mimořádně zajímavý objekt neurofarmakologického a toxikologického výzkumu. Její charakteristické biologické účinky jsou způsobeny dvěma strukturně příbuznými isoxazolovými metabolity – kyselinou ibotenovou (ibotenic acid) a muscimolem (muscimol). Tyto látky mají přitom výrazně odlišné mechanismy účinku: kyselina ibotenová působí především jako agonista glutamátergních receptorů, zatímco muscimol je vysoce účinným agonistou ionotropních receptorů GABA. Právě kombinace excitačního a inhibičního působení těchto dvou metabolitů je důležitá pro pochopení proměnlivého klinického obrazu intoxikace A. muscaria.

Muchomůrka červená (Amanita muscaria). Foto: Daniel Kružík

Cristatuminy – indolové diketopiperazinové alkaloidy mořských hub

Jiří Patočka

     Cristatuminy představují zajímavou skupinu sekundárních metabolitů mořských a mořskými řasami asociovaných mikroskopických hub. Chemicky patří mezi indolové alkaloidy obsahující diketopiperazinový (DKP) skelet, tedy cyklický dipeptid vznikající kondenzací dvou aminokyselin. Tato skupina přírodních látek je pozoruhodná nejen strukturální rozmanitostí, ale také biologickou aktivitou, která zahrnuje především antibakteriální a v některých případech cytotoxické účinky. Význam cristatuminů tak spočívá především v oblasti chemické ekologie mikroorganismů a výzkumu nových přírodních prototypů s potenciálním farmakologickým využitím.

Objev cristatuminů

     Cristatuminy A–D byly poprvé popsány v roce 2012 z kultury houby Eurotium cristatum EN-220, izolované z mořské hnědé řasy Sargassum thunbergii. Houba byla získána jako endofytický mikroorganismus žijící v asociaci s mořskou řasou. Z kultivačního extraktu bylo izolováno celkem deset indolových alkaloidů, z nichž čtyři – cristatuminy A, B, C a D – byly nové. Jejich struktury byly stanoveny na základě rozsáhlé spektroskopické analýzy (Du et al., 2012). Tento nález zapadá do širšího obrazu sekundárního metabolismu rodu Eurotium, respektive jeho současného taxonomického pojetí v rámci rodu Aspergillus. Houby této skupiny jsou významným zdrojem indolových diketopiperazinů, jejichž struktury jsou často odvozeny od tryptofanu a dalších aminokyselin. Pro řadu těchto metabolitů je charakteristická také přítomnost modifikovaného isoprenylového řetězce navázaného na indolové jádro.

Chemická struktura

     Cristatumin A lze chemicky charakterizovat jako indolový diketopiperazin odvozený od tryptofanu a serinu (Li et al., 2013). Diketopiperazinová část molekuly představuje produkt intramolekulární cyklizace dipeptidu a vytváří relativně rigidní strukturu, zatímco indolové jádro poskytuje další možnosti prostorové i elektronové interakce s biologickými makromolekulami. Právě kombinace peptidového a indolového charakteru je typická pro celou rozsáhlou skupinu fungálních indolových diketopiperazinů.

Cristatumin  A

Salicylihalamid A: struktura, biologická aktivita a mechanismus účinku

Jiří Patočka, Zdeňka Navrátilová

     Salicylihalamid A je významný přírodní produkt mořského původu, který patří do skupiny benzolaktonových enamidů. Pozornost si získal zejména výraznou cytotoxicitou a později objevenou schopností selektivně inhibovat vakuolární H⁺-ATPázu (V-ATPázu) savčích buněk. Tato vlastnost zařadila salicylihalamid A mezi zajímavé přírodní inhibitory protonových pump a zároveň mezi potenciální výchozí struktury pro vývoj nových protinádorových látek. Salicylihalamid A byl spolu se salicylihalamidem B poprvé izolován v roce 1997 z mořské houby rodu Haliclona. Původní práce Ericksona, Beutlera, Cardelliny a Boyda popsala tyto látky jako nové, vysoce účinné cytotoxické makrolidy. Molekuly obsahují charakteristickou kombinaci salicylátového fragmentu, dvanáctičlenného laktonového kruhu a enamidového postranního řetězce (Erickson et al., 1997). Strukturně tak salicylihalamid A představuje poměrně neobvyklý typ makrocyklického přírodního produktu. Jeho architektura se později ukázala jako charakteristická pro širší skupinu tzv. benzolaktonových enamidů, do které patří například lobatamidy, apiculareny a oximidiny. Tyto látky spojuje nejen podobná struktura, ale také schopnost ovlivňovat V-ATPázy (Boyd et al., 2001; Huss et al., 2009). 

     Salicylihalamid A obsahuje 12členný nenasycený benzolaktonový systém a výrazně nenasycený enamidový postranní řetězec. Právě kombinace makrocyklického salicylátového systému a polynenasyceného enamidu představuje důležitý strukturní prvek jeho biologické aktivity. Původní stereochemické přiřazení bylo později revidováno a syntetické studie umožnily jednoznačněji určit absolutní konfiguraci přírodního produktu jako 12S, 13R, 15S (Wu et al., 2002).

Hřib štíhlotřenný (Aureoboletus projectellus): americký vetřelec, který se stal evropskou jedlou houbou

Jiří Patočka, Radoslav Patočka

     Hřib štíhlotřenný (Aureoboletus projectellus (Murrill) Halling) představuje pozoruhodný příklad mezikontinentální expanze ektomykorhizní houby. Jeho původní areál leží ve východní části Severní Ameriky, zatímco první spolehlivě doložený evropský nález pochází z Kurské kosy v Litvě, kde byl druh zaznamenán v roce 2007 (Motiejūnaitė et al., 2011). Od prvních evropských nálezů se jeho areál rychle rozšiřoval podél pobřeží Baltského moře a následně také do vnitrozemí ; v roce 2017 byl zaznamenán již v pěti evropských zemích a více než 150 km od pobřeží (Wrzosek et al., 2017). Druh je proto zajímavý nejen z mykologického, ale také z ekologického, biogeografického a invazně-ekologického hlediska.

     Z taxonomického hlediska prošel tento druh několika změnami. William Alphonso Murrill jej v roce 1938 popsal jako Ceriomyces projectellus. Ještě téhož roku jej zařadil do rodu Boletus jako Boletus projectellus a v roce 1945 Rolf Singer vytvořil kombinaci Boletellus projectellus. V roce 2015 byl na základě molekulárně-fylogenetických analýz převeden do rodu Aureoboletus jako Aureoboletus projectellus (Murrill) Halling (Halling et al., 2015). Druh je v současnosti řazen do čeledi Boletaceae a řádu Boletales.

Třepenitka svazčitá (Hypholoma fasciculare) – chemické složení a biologicky aktivní látky

Jiří Patočka, Daniel Kružík, Dominik Kružík

      Třepenitka svazčitá (Hypholoma fasciculare) patří k velmi hojným saprotrofním houbám evropských lesů a je významným rozkladačem dřeva. Vytváří nápadné trsy plodnic především na pařezech, odumřelých kořenech a padlém dřevě listnatých i jehličnatých dřevin. Pro člověka je významná především jako nejedlá až jedovatá houba s charakteristicky velmi hořkou chutí. (Patočka, 2021). Z chemického hlediska je však H. fasciculare mimořádně zajímavým organismem. Moderní metabolomické a genomické studie ukazují na značnou rozmanitost jeho sekundárního metabolismu a identifikovaly řadu biosyntetických genových klastrů, zejména pro terpenoidní metabolity. Chemické studie u tohoto druhu doložily seskviterpenoidy, steroidy a lanostanové triterpenoidy, organochlorové metabolity, fenolické kyseliny a další aromatické látky, zatímco studie těkavých metabolitů prokázaly bohatou produkci seskviterpenů a dalších VOC (Verhagen et al., 1998). Právě kombinace chemické rozmanitosti a schopnosti houby konkurovat jiným mikroorganismům činí z H. fasciculare zajímavý model pro studium ekologické funkce sekundárních metabolitů. Tyto látky nelze chápat pouze jako náhodný soubor „účinných látek“. Část z nich pravděpodobně představuje chemický nástroj, který houbě umožňuje kolonizovat mrtvé dřevo, omezovat konkurenty a reagovat na změny prostředí. 

Třepenitka svazčitá (Hypholoma fasciculare). Foto: Daniel Kružík

Esculentosid A: Chemická struktura, biologická aktivita, mechanismus účinku a farmakologický potenciál

Jiří Patočka, Jeroným Krištof

     Esculentosid A (EsA) patří mezi nejvýznamnější představitele skupiny triterpenických saponinů izolovaných z rostlin rodu Phytolacca (Phytolaccaceae). Spolu s esculentosidy B, C, D, H a dalšími strukturně příbuznými látkami tvoří charakteristickou skupinu sekundárních metabolitů těchto rostlin. Esculentosidy a příbuzné phytolaccosidy jsou převážně oleananové saponiny a jejich společným rysem je kombinace hydrofobního pentacyklického triterpenového skeletu s hydrofilní sacharidovou částí. Současná klasifikace zahrnuje 22 esculentosidů a 4 další phytolaccosidy, přičemž jednotlivé látky se liší zejména typem aglykonu, počtem sacharidových jednotek a jejich vazbou na C-3 a C-28 triterpenového skeletu. Esculentosid A byl původně izolován z kořenů Phytolacca esculenta, rostliny známé v češtině jako líčivka jedlá (Hejný a Slavík 1990) nebo líčidlo jedlé (Kubát 2002). V odborné literatuře se ES-A uvádí také pod synonymními názvy phytolaccosid E a phytolaccasaponin E (Bailly a Vergoten, 3020).

Historie a současnost zneužívání muchomůrky červené jako psychoaktivní drogy

Jiří Patočka, Zdeňka Navrátilová, Kamil Kuča, Radoslav Patočka, Matěj Malík

     Muchomůrka červená (Amanita muscaria) patří k nejznámějším psychoaktivním houbám světa a současně představuje mimořádně zajímavý objekt neurofarmakologického a toxikologického výzkumu. Její výjimečné postavení však nespočívá pouze v nápadném vzhledu, ale především v tom, že jde o houbu s velmi dlouhou historií rituálního využívání. Na rozdíl od psilocybinových hub není hlavním mechanismem jejího účinku aktivace serotoninových 5-HT₂A receptorů. Psychoaktivitu této houby způsobuje především kyselina ibotenová a muscimol, dvě strukturálně příbuzné látky s výrazně odlišným působením na centrální nervový systém. Současný návrat zájmu o Amanita muscaria jako psychoaktivní drogu je pozoruhodný tím, že původně tradiční etnomykologický fenomén se v posledních letech přesunul také do prostředí internetového prodeje. Houba nebo její psychoaktivní látky, zejména muscimol, se dnes objevují v nabídce označované jako „legal psychedelics“, v doplňcích stravy i v různých jedlých výrobcích. 

Muchomůrka červená (Amanita muscaria). Foto Radoslav Patočka

Oenanthoxin a cikutoxin: neurotoxické polyacetyleny jedovatých miříkovitých rostlin

Jiří Patočka

Oenanthoxin a cikutoxin (cicutoxin) patří mezi nejvýznamnější přírodní neurotoxiny čeledi Apiaceae (miříkovité). Jsou charakteristickými toxickými sekundárními metabolity rostlin rodů Oenanthe a Cicuta, jejichž požití může vést k rychle vznikajícím křečovým stavům, poruchám vědomí, respiračnímu selhání a v závažných případech k úmrtí. Z toxikologického hlediska je významná zejména skutečnost, že oba toxiny narušují inhibiční GABAergní neurotransmisi v centrálním nervovém systému (Anet et al., 1953).