Pharmaceutical Value of Onions (Allium L.) and related species of Central Asia

Since ancient times, onions, garlic and some other species of the genus Allium L. (onions) have been used as phyto-pharmaceutics, seasonings, and vegetables. Carvings in pyramid walls of the Old Kingdom of Egypt and written sources of the ancient cultures of the Greece and Romans mentioned the impor...

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Main Author: Jedelská, Jarmila
Contributors: Solich, Petr (Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2007
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Zwiebeln, Knoblauch und einige andere Vertreter aus der Familie der Lauchgewächse (Allium L.) werden schon seit Urzeiten als pflanzliche Arzneimittel, Kräuter und Gemüse verwendet. Die Bedeutung der Küchenzwiebel (A. cepa L.) und des Knoblauchs (A. sativum L.) ist bereits in den Inschriften der Pyramiden im altägyptischen Königreich sowie bei den Griechen und den Römer erwähnt worden. Der medizinische Nutzen dieser beiden Arten wurde in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht. Dabei konnte eine Senkung des Blutlipidspiegels sowie eine antibiotische, antiatherosklerotische und eine antidiabetische Wirkung beschrieben werden. In jüngerer Zeit steht die kanzeroprotektive Wirkung von Allium im Fokus des Forschungsinteressens, die in einigen ethnischen Studien belegt werden konnte. Der Genus Allium, für den derzeit etwa 780 Arten bekannt sind, hat seinen Verbreitungsschwerpunkt in Südwestasien und in Zentralasien. In diesen Gebieten werden zahlreiche Arten volkstümlich genutzt, was aus Anmerkungen in den lokalen Floren hervorgeht. Für die gesundheitsfördernden Wirkungen dieser Pflanzen werden hauptsächlich die Cysteinsulfoxide (CSO) verantwortlich gemacht. Wird das Pflanzenmaterial zerstört, so bilden sich aus ihnen Thiosulfinate wie das Allicin; diese Reaktion wird durch das Enzym Alliinase katalysiert. In dieser Arbeit wurden 98 Allium-Proben mit unterschiedlichen Akzessionsnummern (Standortdaten) untersucht, die zu 77 wilden Allium-Arten gehörten. Die meisten der phytochemisch untersuchten Arten gehörten zu den Subgenera Allium, Melanocrommyum und Reticulatobulbosa. Ebenfalls wurde ausgewählte Arten auf ihre antibiotische Aktivität and ihre Radical Scavenger Activity (RSA) hin getestet. Viele dieser Arten wiesen eine überraschend hohe RSA auf. Ebenfalls bemerkenswert war die antimykotische Wirkung einiger Arten. Daraus kann geschlossen werden, dass es für traditionell genutzte, wilde Allium-Arten belegbare biologische Effekte gibt. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde eine Anzahl von Arten mit einer biosensorischen Methode auf den Gesamtgehalt an CSO untersucht, die auf immobilisierter Alliinase beruhte. Dabei wurde das enzymatisch gebildete Ammonium erfasst. Diese Experimente waren als Voruntersuchungen gedacht. Im Vergleich zu der konventionellen HPLC-Methode fielen jedoch die CSO-Gehälter um 25% geringer aus, da das CSO Methiin schlechter erfasst wird als z.B. Alliin. Methiin kommt aber in fast allen wilden Allium-Arten vor. Deshalb wurden im zweiten Schritt der Arbeit eine große Anzahl an Arten mittels HPLC auf die CSO Methiin, Alliin, Isoalliin und Propiin hin untersucht. Die meisten Arten gehörten zu dem Subgenus Melanocrommyum. Von diesen stammten 5 Arten aus der IPK-Sammlung in Gatersleben, 5 Arten aus dem Iran, 6 aus Turkmenistan, 15 aus Usbekistan und 10 aus Tadschikistan. Neben diesen bekannten Cysteinsulfoxiden konnte eine bisher unbekannte Substanz isoliert werden, die zwei Pyrrol-Ringsysteme enthält, die über zwei Schwefelatome miteinander verbunden sind. Dieses intensiv rot gefärbte Dithiodipyrrol ist typisch für eine Anzahl an Arten aus dem Subgenus Melanocrommyum, wie zum Beispiel A. macleanii, A. giganteum, A. jesdianum, A. rosenorum, A. winklerianum und A. rosenbachianum. Die rote Färbung tritt jedoch erst nach Verletzung des Pflanzengewebes auf. Das Dithiodipyrrol wird wahrscheinlich enzymatisch durch ein Enzym gebildet, was der Alliinase ähnlich ist. Viele der oben aufgelisteten Arten werden volkstümlich genutzt. In diesen Untersuchungen konnte für das Dithiodipyrrol eine hohe RSA gezeigt werden. Insgesamt wurde die RSA für 39 Arten über den 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)-Assay bestimmt, wobei butyliertes Hydroxytoluen (BHT) als Standard verwendet wurde (RSA=100%). Arten mit einer RSA deutlich über 100% gehörten alle zum Subgenus Melanocrommyum, die zumeist auch das Dithiodipyrrol als Inhaltsstoff hatten. Einige Arten wiesen auch eine antibiotische Wirkung gegen Algen, Pilze und Bakterien auf (z.B. A. longicuspis). Jedoch war im Gegensatz zu Literaturdaten die Wirkung gegen Gram-negative Bakterien sehr schlecht. Die antibakterielle Wirkung wird in der Literatur zumeist auf flüchtige Schwefelverbindungen zurückgeführt, die aber in den untersuchten Proben wahrscheinlich nicht mehr vorhanden waren. Mit den hier vorgestellten Untersuchungen konnte belegt werden, dass der Genus Allium eine erstaunlich hohe Anzahl an Arten beherbergt, für die eine medizinische Anwendung überlegenswert erscheint. Diese Arten gehören zumeist zum Subgenus Melanocrommyum und werden auch zumeist volkstümlich in Zentralasien verwendet. Jedoch wirft die Chemie von Allium einige offene Fragen auf. Mit den Dithiodipyrrolen wurde ein neues Farbprinzip in der Natur gefunden, dessen Biogenese jedoch weitgehend unklar ist. Dieses macht weiterführende Untersuchungen erforderlich.