Orchid Natural Products

AS ORQUÍDEAS COMO FONTES DE FÁRMACOS

THE ORCHIDS AS SOURCES OF MEDICINES

Nosso grupo de pesquisas tem se dedicado ao estudo do potencial de substâncias químicas produzidas por orquídeas (Orchidaceae) na produção de moléculas úteis como antifúngicos, antialérgicos e, principalmente, substâncias com atividade anticâncer.

Our research group has been studying the potential of chemicals produced by orchids (Orchidaceae) in the production of molecules useful as antifungals, antihistamines, and specially substances with anticancer activity.

Laelia purpurata, uma das orquídeas símbolo do sul do Brasil.

Laelia purpurata, the Southern Brazil orchid symbol.

A família Orchidaceae é considerada uma das mais evoluídas no reino vegetal. Ao longo de milhares de anos, estas plantas desenvolveram mecanismos eficientes de sobrevivência baseando-se principalmente no comportamento epifítico, ocorrendo aderidas por exemplo a troncos de árvores. São caracterizadas por uma alta resistência ao estresse hídrico bem como por suas intrincadas interações ecológicas com insetos polinizadores, por exemplo.

The family Orchidaceae is considered one of the most genetically advanced in the vegetable kingdom. Over thousands of years, these plants have developed efficient mechanisms of survival, based mainly on the behavior epiphyte, occurring adheredeg to tree trunks. They are characterized by a high resistance to water stress as well as its intricate ecological interactions with pollinators, for example.

Nosso trabalho com orquídeas se iniciou no final da década de 1990 com a produção do híbrido entre as espécies nativas do Paraná Miltonia regnelli e Oncidium crispum, sob orientação do Prof. Dr. Ricardo Faria (UEL-Londrina). O sucesso no processo de hibridização, associado à beleza das flores (que surgiram 6 anos após a inoculação in vitro) nos levaram à obter o registro da nova espécie na Royal Horticultural Society (Inglaterra) em maio/2005.

Our work with orchids began in the late 1990 with the production of hybrid between the native species from Paraná Miltonia regnelli and Oncidium crispum, under the guidance of Professor. Dr. Ricardo Faria (UEL-Londrina). The success in the hybridization process, coupled with the beauty of the flowers (which appeared six years after inoculation in vitro) led us to obtain registration of the new species at the Royal Horticultural Society (England) in May 2005.

Miltonidium pomini UEL, híbrido obtido a partir das espécies Miltonia regnelli e Oncidium crispum. Registrado na Royal Horticultural Society (Inglaterra) em 2005.

Miltonidium pomini UEL, hybrid obtained from species Miltonia regnelli and Oncidium crispum. Registered at Royal Horticultural Society (England) in 2005.

As orquídeas apresentam um padrão curioso de germinação. A imensa maioria das espécies não possui tegumento em suas sementes. Isto impossibilita sua germinação em condições normais. Em laboratório, a germinação ocorre mediante a presença de nutrientes livres. Na natureza, o processo é ainda mais complexo. Nos ambientes naturais, as sementes de orquídeas dependem de uma estreita relação simbionte para seu desenvolvimento. Para germinarem, as sementes dependem de uma interação com um fungo, denominado micorrízico, cujo micélio se insere no interior da semente fornecendo-lhe os nutrientes necessários para sua germinação. Em contrapartida, o crescimento da planta fornece um ambiente seguro e estável para que o fungo continue crescendo no micro nicho ecológico, em uma relação simbiótica que pode durar centenas de anos.

Orchids have a curious pattern of germination. The vast majority of species do not have amide or oils in their seeds. This prevents their germination under normal conditions. In the laboratory, germination occurs through the presence of free nutrients. In nature, the process is even more complex. In natural environments, orchid seeds depend on a close symbiotic relationship to develop. To germinate, seeds depend on an interaction with a fungus called mycorrhizal, whose mycelium is inserted within the seed by providing the nutrients necessary for germination. In contrast, plant growth provides a secure and stable environment for the fungus to continue growing in microecological niche in a symbiotic relationship that can last hundreds of years.

Baseado nesta observação da natureza, em 2003 lançou-se a hipótese de que as orquídeas poderiam produzir substâncias antifúngicas. Isto seria importante para a planta pois a garantia da relação simbiótica seria a proteção do fungo micorrízico com o impedimento do crescimento de outros fungos que poderiam competir pelo nicho ecológico. Ou seja, existiam evidências fortes de que as plantas poderiam produzir antifúngicos seletivos para sua sobrevivência. Esta abordagem não foi testada previamente por outros grupos de pesquisas.

Based on this observation of nature, in 2003 we´ve launched the hypothesis that the orchids could produce antifungal substances. This would be important for the plant for a healthy symbiotic relationship, as the substances would guarantee the protection of the friend fungus with the impediment of the growth of other fungi that might compete for ecological niches.That is, there is strong evidence that the plants could produce selective antifungal substances for their survival. This approach has not been tested previously by other research groups.

Esta hipótese, aliada ao fato das orquídeas serem plantas de alta resistência a infecções fúngicas, estimulou a realização de bioensaios com extratos de orquídeas nativas do norte do Paraná. Estes ensaios mostraram atividade positiva, estimulando as pesquisas que são conduzidas atualmente no laboratório.

This hypothesis, coupled with the fact orchid plants are highly resistant to fungal infections, led to the development of bioassays with extracts of native orchids from northern Paraná State, south Brazil. These tests showed positive activity, stimulating the research that is currently conducted in the laboratory.

Atualmente, pouco se sabe a respeito do potencial das orquídeas como fonte de fármacos. Das 300 mil espécies (nativas ou híbridas) conhecidas, aproximadamente 30 foram estudadas sob o ponto de vista farmacológico, ainda assim em trabalhos concentrados nas décadas de 1960-1970 com orquídeas nativas da Ásia. Um dos exemplos clássicos foi o isolamento do alcalóide dendrobina a partir dos tecidos de Dendrobium nobile.

Currently, little is known about the potential of orchids as a source of medicines. Of the 300 000 species (native or hybrid) known, approximately 30 have been studied from the pharmacological point of view, yet in work focused on the decades of 1960-1970 with orchids native to Asia. One of the classic examples was the isolation of the alkaloid from dendrobina tissue of Dendrobium nobile.

Dendrobina, alcalóide bioativo isolado da orquídea asiática Dendrobium nobile.

Dendrobine, bioactive alkaloid isolated from the Asian orchid Dendrobium nobile.

Desta forma, esta linha de pesquisas se insere em um contexto de pequeno conhecimento a respeito do inventário molecular das orquídeas e um cenário onde os quimioterápicos apresentam cada vez mais destaque nas metodologias de cura contra as mais variadas enfermidades.

Thus, this research line comes within the context of a little knowledge about the molecular inventory of orchids and a scenario where the chemotherapy have increasingly highlighted in healing methodologies against various diseases.

As pesquisas se iniciaram em março/2011, em colaboração com pesquisadores do Depto. de Agronomia da UEL, Dr. Ricardo Faria, e com a colaboração da Dra. Terezinha Faria, do Depto. de Química da UEL. Contamos ainda com a valiosa colaboração dos pesquisadores Drs. Ana Lucia Ruiz e João Ernesto de Carvalho (CPQBA-UNICAMP) na realização de ensaios anticâncer, e da Dra. Rose Naal (USP-RP) em ensaios antialérgicos. 

The research began in March/2011, in collaboration with researchers from the Dept. of Agronomy (UEL), Dr. Ricardo Faria, and with the collaboration of Dr.Terezinha Faria, of the Dept. of Chemistry at UEL. We also have the valuable collaboration of Dr. Ana Lucia Ruiz and João Ernesto de Carvalho (CPQBA-UNICAMP) for anticancer  testing, and Dr. Rose Naal (USP-RP) in allergy assays.

Estrutura de um flavonóide típico. Typical structure of a flavonoid.

Até o momento, obtivemos avanços no sentido de encontrar princípios ativos antifúngicos e, surpreendentemente, bons resultados com relação a ensaios anticâncer. Tudo indica que as atividades biológicas destas plantas estejam relacionadas principalmente à presença de flavonóides bioativos.

To date, advances were obtained in order to find antifungal active principles, and surprisingly good results with respect to anti-cancer trials were observed. Everything indicates that the biological activities of these plants are primarily related to the presence of bioactive, unconventionally substituted flavonoids.


Como resultado, isolou-se um flavonóide a partir de uma orquídea Norte Paranaense com boa atividade citoestática contra células de câncer humano. No momento, o resultado encontra-se em fase de patenteamento.