Plantenstoffen & de Biobased Economy Health/ groene gewasbescherming/ cosmetica
Tuinbouw en uitgangsmaterialen
plantenstoffen Peter Klinkhamer
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Fundamenteel wetenschappelijke vragen m.b.t. inhoudstoffen Van moleculaire biologie
metabolomics
Natural Products Lab: uniek metabolomics platform (NMR)
Tot evolutionaire ecologie Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Onderzoek binnen het IBL Fundamenteel onderzoek
Toegepast onderzoek
Want to know
Need to know
Genereren van kennis
Screening in bioassays
De afweer van planten/ Het ontstaan en de remming van tumoren/ Veroudering/ De productie van antibiotica/ Ontstekingsprocessen Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
extraheren Iedereen extraheert iedere dag
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Extracten bibliotheek Wat je uit een plant extraheert is afhankelijk van o.a.: • Druk (snelheid) • Temperatuur • Voorbewerking van het materiaal • Extractievloeistof
De mate van standaardisatie maakt de extracten bibliotheek uniek voor onderzoek Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Extracten bibliotheek Hoeveel inhoudstoffen van planten zijn er bekend?
• 400.000 in totaal bekend • 15.000 - 30.000 in een enkele plant • 4000 nieuwe ieder jaar ontdekt
• 85% van alle soorten niet onderzocht
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Wat is de functie van inhoudstoffen voor planten? •
Bescherming
•
Communicatie
• Concurrentie
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
In welke gebieden worden inhoudstoffen toegepast?
• • • • • • • • •
Geurstoffen Kleurstoffen Smaakstoffen Cosmetica Herbiciden Groene gewas bescherming Pesticiden Gezondheid Health Geneesmiddelen Groene oplosmiddelen (NADES) Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Plantenstoffen: duale effecten Resistentie
Gezondheidseffect
Sinapic acid (Phenylpropanoid)
Onstekingsremmer Cereal aphids
Fusarium gramineum
Luteolin (Flavonoid)
Maagdarmkanaal Arthrosclerose
Beet armyworm Bean weevil
Serpentine leaminer
β- Alanine (Amino acid) IR3535 Skin-So-Soft Bug Guard Bullfrog´s Mosquito Coast
Gilbertella persicaria
Preventie van kanker: borst, long, colon, lever
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Plantenstoffen duale effecten 14
Number of metabolites
12
10
8
Pathogens and insects Pathogens only
6
Insects only
4
2
0 Positive only
Negative only
Positive and negative
Unknown
Reported effects on human health
Door de juiste selectie van plantenstoffen kunnen gezondere gewassen geteeld worden met minder bestrijdingsmiddelen Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Waarom zijn er zoveel verschillende plantenstoffen? • Stoffen zijn heel specifiek in hun rol als afweer tegen ziekten en plagen • Er is een hoge mate van interactie tussen plantenstoffen die de werking er van optimaliseert.
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
- Routinematige aanpak Op zoek naar een enkele stof die verantwoordelijk is voor een gevonden effect
Identifying chemical structures
Testing bioactivity
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Belangrijk belagers
planten
In de natuur komen belagers
De veelheid van
nooit een metaboliet tegen
metabolieten in een plant
maar een mix van wat in de
maakt veel interacties
plant aanwezig is
mogelijk
Caffeine
Chlorogenic acid Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Plantenstoffen in het lichaam Voorwaarden: •Opneembaar •Stabiel •Oplosbaar •Niet uitgescheiden •Transporteerbaar door membranen
Meestal is een mengsel van stoffen nodig Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Het geheel is meer dan de som der delen: de fracties van een extract zijn in totaal minder mutageen dan het extract
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Leren van de natuur: NADES (Natural Deep Eutectic Solvents) • De meeste inhoudstoffen zijn slecht oplosbaar in water • Hoe kunnen inhoudstoffen dan gesynthetiseerd, getransporteerd en opgeslagen worden in planten?
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Toveren met suikers Een geheel nieuwe klasse van oplosmiddelen ontdekt (NADES) en gepatenteerd
Typische NADES 1: sucrose, 2: fructose, 3: glucose, 4: malic acid, 5: sucrose-fructose-glucose (1:1:1, mole/mole), 6: sucrose-malic acid (1:1, mole/mole).
Natural Deep Eutectic Solvents Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Nades: van een fundamentele onderzoekvraag naar toepassingen aan de hand van extracten • • • •
Voedsel (private partner Frutarom) Cosmetica (Gattefosse) Groene gewasbescherming (seed coating: Incotec) Health (Winclove: probiotics)
Verdere onderzoeksamenwerking o.a.: • LACDR (NADES toepassing voor proteine en peptide geneesmiddelen), • LUMC (NADES voor Drug Delivery Systems)
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Saponinen kunnen de doorlaatbaarheid van membranen vergoten en daardoor de bioactiviteit van sommige plantenstoffen verhogen Proposed models for membrane disruption by saponins.
Morrissey J P , and Osbourn A E Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1999;63:708-724
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Resistentie ontwikkeling tegen antibiotica berust vaak op het feit dat een bacterie het antibioticum kan uitscheiden
Sommige plantenstoffen versterken het effect van antibiotica tegen resistente stammen van Staphylococcus aureus door te voorkomen dat het antibioticum wordt uitgescheiden
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Synergy in een medicinale plant (Berberis fremontii) Het effect van 5’-methoxyhydnocarpin + Berberine op S. aureus
Stermitz, Frank R. et al. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Waarom extracten? Planten produceren niet alleen bioactive stoffen maar ook oplosmiddelen (NADES), additieven voor stabiliteit (peptiden) emulgatoren (saponinen, triterpenoiden), en synergistische stoffen (isoflavonoiden): er zijn veel ondersteunende planten stoffen
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Plant extracten tegen kanker
Ewa Snaar-Jagalska and Young Choi
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Health: antikanker als voorbeeld 140 nieuwe anti-kanker middelen sinds 1940 N: natural products ND: N-derived S: synthetics S*: N-based S
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Geneesmiddelen uit planten: lage opbrengst hoge prijs
Serpentine ajmalicine vincristine vinblastine
Lage productiviteit 0.001–0.0003%
tranquilizer circulatory stimulant anti-tumor agent anti-tumor agent
hoge prijs ($10000–25000/g)
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Taxol is een van de meest bekende kanker medicijnen Taxusbezitters verzamelen takken in strijd tegen kanker
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Plant extracts inhibit prostate cancer cell shape and ?????? induces cell death
control
Ginkgo
Taxus
Vinca
Taxol
????????? 2013-03-20
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
Horizon 2020
Horizon 2020
An European Plant Metabolites Platform for Crop Protection Stakeholders
Users
Leiden Based
Exploitation area Communication area Innovation Space Platform management and support area R&D platform Research Space
Users, stakehold ers
Market needs
January 2014
Libraries
Screening Facilities
Leads
Universiteit Leiden. Bij ons leer je de wereld kennen.
