Phytochemical valorization of bryophyllum spp. Medicinal plants combining biotechnological and machine learning tools

Abstract

En esta Tesis Doctoral se estableció el cultivo in vitro de tres especies del subgénero Bryophyllum sp. (género Kalanchoe sp., Crassulaceae) ampliamente utilizadas en la medicina tradicional de África, Asia y Sudamérica (Bryophyllum daigremontianum, Bryophyllum tubiflorum y Bryophyllum x houghtonii), como eje central para su caracterización fitoquímica. Para identificar los factores críticos que afectan a procesos clave del establecimiento del cultivo in vitro, como la nutrición mineral y la organogénesis, se recurrió a la aplicación de herramientas de aprendizaje automático. Una vez establecido el cultivo in vitro de planta completa, se determinó la producción de compuestos fenólicos, obteniéndose la mayor concentración de estos compuestos en las partes aéreas de B. x houghtonii. Asimismo, la identificación de compuestos mostró que los extractos de briofilum se consideran una fuente importante de flavonoides, específicamente flavonoles, como los glucósidos de miricetina, y antocianinas, como los glucósidos de malvidina. Adicionalmente, se demostró que los compuestos fenólicos presentes en briofilum son responsables de las propiedades terapéuticas asociadas a estas especies, actuando como agentes antimicrobianos, citotóxicos, antiinflamatorios y antimicrobianos. Asimismo, se obtuvieron suspensiones celulares, que pueden ser utilizadas como sistema biofactoría de compuestos bioactivos a nivel biotecnológico. Así, se recurrió a la elicitación con jasmonato de metilo y ácido salicílico como estrategia para estimular el metabolismo secundario de los cultivos en suspensión, favoreciendo la acumulación de compuestos bioactivos. Para determinar el potencial biosintético de las suspensiones celulares de briofilum elicitadas, se recurrió a la aplicación de la metabolómica no dirigida, siendo una tecnología ampliamente utilizada para determinar el patrón metabólico asociado a la elicitación. Como resultado, por primera vez en briofilum, se identificaron nuevas familias de compuestos bioactivos, incluyendo glucosinolatos, alcaloides y terpenoides. Finalmente, los extractos de briofilum fueron aplicados en matrices alimentarias, como las emulsiones de aceite de pescado rico en omega-3. De acuerdo a los resultados y, debido a su alta concentración de compuestos fenólicos, los extractos de B. x houghtonii pueden ser considerados como conservantes de origen vegetal para preservar la integridad de los ácidos grasos omega-3. En general, combinando herramientas de cultivo in vitro vegetal, aprendizaje automático y metabolómica, se logró la caracterización fitoquímica de plantas medicinales de briofilum pobremente estudiadas, favoreciendo así su explotación a gran escala en diferentes sectores industriales, como el farmacológico, cosmecéutico y alimentario.