Bioassay guided fractionation and isolation of anthelmintic compounds from natural sources

Abstract

Neglected tropical diseases (NTDs) affect the world’s poorest populations causing devastating health, social and economic consequences to more than one billion people. Schistosomiasis and soil-transmitted helminths are among the most prevalent NTDs and have been targeted for elimination by the World Health Organization (WHO). In this study the anthelmintic properties of plants and fungi were investigated and active compounds were isolated through bioassay-guided isolation using Caenorhabditis elegans and identified by NMR spectroscopic analysis and mass spectrometric studies. Compounds were isolated from the fruit extract of Ozoroa insignis, the cap and stalk extract of the mushroom Albatrellus confluens and the root extract of the Ethiopian plant Echinops kebericho. Synthetic derivatives were synthesized to investigate the effect of varying the prenyl chain length on anthelmintic activity. The anthelmintic properties of the extracts of plants used in traditional medicine in Botswana as well as the isolated compounds and synthesized derivatives were also investigated by testing them against parasitic helminths. The compounds were also screened for antiproliferative or cytotoxic activity against two human cancer lines, prostate adenocarcinoma cells (PC-3) and colorectal adenocarcinoma cells (HT-29). This study shows the potential natural products have either as anthelmintics or as a source of anthelmintic compounds and also shows that isolated compounds have other biological activities on top of the anthelmintic properties.

Vernachlässigte Tropenkrankheiten (NTDs) betreffen die ärmsten Bevölkerungsgruppen der Welt und haben für mehr als eine Milliarde Menschen verheerende gesundheitliche, soziale und wirtschaftliche Folgen. Bilharziose und durch den Boden übertragene Helminthen gehören zu den am weitesten verbreiteten NTDs und wurden von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als Ziel für die Beseitigung festgelegt. In dieser Studie wurden die anthelminthischen Eigenschaften von Pflanzen und Pilzen untersucht, und Wirkstoffe durch bioassay-geführte Isolierung unter Verwendung von Caenorhabditis elegans isoliert und durch NMR-spektroskopische Analyse und massenspektrometrische Untersuchungen identifiziert. Verbindungen wurden aus dem Fruchtextrakt von Ozoroa insignis, dem Hut- und Stiel-Extrakt des Pilzes Albatrellus confluens sowie dem Wurzelextrakt der äthiopischen Pflanze Echinops kebericho isoliert. Synthetische Derivate wurden synthetisiert, um den Einfluss der Variation der Prenylkettenlänge auf die anthelminthische Aktivität zu untersuchen. Die anthelminthischen Eigenschaften der Pflanzenextrakte, die in der traditionellen botswanischen Medizin verwendet werden, sowie die isolierten Verbindungen und synthetisierten Derivate wurden ebenfalls auf ihre Wirksamkeit gegen parasitäre Helminthen getestet. Die Verbindungen wurden auch auf antiproliferative oder zytotoxische Aktivität gegen zwei menschlichen Krebslinien, Prostataadenokarzinomzellen (PC-3) und kolorektale Adenokarzinomzellen (HT-29), untersucht. Diese Studie zeigt das Potenzial von Naturstoffen entweder als Anthelminthika oder als Quelle anthelminthischer Verbindungen und zeigt auch, dass isolierte Verbindungen zusätzlich zu den anthelminthischen Eigenschaften auch andere biologische Aktivitäten aufweisen.