Bioconversion hydroquinone in vitro cultures of Scutellaria baicalensis Georgi

Arbutyna, β-D-glukozyd hydrochinonu jest metabolitem pochodzenia roślinnego wykorzystywanym w celach leczniczych jako środek dezynfekujący drogi moczowe oraz w kosmetologii do usuwania przebarwień skóry. Ze względu na ochronę gatunkową roślin będących źródłem arbutyny oraz kłopotliwą syntezę chemiczną tego związku, poszukiwane są alternatywne metody jego otrzymywania. W ramach niniejszej pracy zbadano zdolność biokonwersji hydrochinonu w arbutynę w kulturach in vitro Scutellaria baicalensis Georgi. Kultury wytrząsane prowadzono na podłożu Murashige-Skoog z dodatkiem 2 mg/l BAP oraz 2 mg/l NAA jako regulatorów wzrostu. Po 2-tygodniowym okresie wzrostu biomasy do prowadzonych kultur dodawano hydrochinon w następujących stężeniach: 96, 144, 192, 288 i 384 mg/l, w dawce jednorazowej oraz podzielonej na dwie i trzy porcje dodawane w 24-godzinnych odstępach czasowych. Analizy ilościowej zawartości arbutyny prowadzono metodą HPLC w metanolowych ekstraktach z suchej biomasy w liofilizatach pożywek.Arbutyna była gromadzona głównie w hodowanej biomasie, jednak analiza składu pożywek wykazała obecność niewielkich jej ilości w przypadku suplementacji wyższymi stężeniami hydrochinonu. Niższe dawki hydrochinonu, w zakresie stężeń od 96 do 192 mg/l, sprzyjały procesowi biotransformacji. Przy podaniu prekursora w pojedynczej dawce zawartość arbutyny wzrastała 1,58-krotnie, a przy dawce podzielonej na dwie i trzy porcje wzrost ten był odpowiednio 1,80-krotny i 1,36-krotny. Całkowita otrzymana ilość arbutyny była bardzo zróżnicowana i wahała się od 0,45 do 5,01 g/100 g s.m. Przy wyższych stężeniach hydrochinonu stwierdzono zahamowanie przyrostu biomasy oraz procesu biotransformacji. Reakcja biotransformacji przebiegała z maksymalną wydajnością 32,1%. Dalsza optymalizacja zarówno procesu hodowli, jak i warunków przebiegu reakcji biotransformacji może pozwolić na uzyskanie wyższej zawartości cennego produktu.Arbutin, β-D-glucoside of hydroquinone is a plant derived metabolite, that is used in urinary tract infections as an antiseptic and as a treatment for discoloration of the skin in cosmetology. Because the plants that are rich in arbutin are protected species and its chemical synthesis is complicated, the alternative methods for obtaining arbutin are being researched. The aim of this study was to examine the ability of Scutellaria baicalensis in vitro cultures to carry out biotransformation of hydroquinone into arbutin. Agitated in vitro cultures were cultured on Murashige-Skoog medium with the addition of 2 mg/l BAP and 2 mg/l NAA used as growth regulators. After 2 weeks of growth, the hydroquinone was added to the cultures in the concentrations of 96, 144, 192, 288 and 384 mg/l. The hydroquinone was added as a single dose or divided into two to three portions, added every 24h. Methanol extracts obtained from dried biomass and lyophilized media were analyzed by HPLC method for arbutin content.Arbutin was accumulated mostly in the biomass, but small amounts were also detected in the media, in case of higher concentrations of hydroquinone. Lower concentrations of hydroquinone (96 to 192 mg/l) had positive impact on biotransformation process. Adding the precursor as a single dose increased 1,58-fold arbutin content, when divided into 2 and 3 portions 1,80- and 1,36-fold, respectively. Total arbutin contents were widely differed and ranged from 0,45 to 5,01 g/100g d.w. Higher concentrations of hydroquinone inhibited the growth of biomass and the biotransformation process. The maximal obtained efficiency was 32,1%. Further optimization of culturing and biotransformation process can lead to higher content of this valuable product