DOI: https://doi.org/10.3390/metabo15060362
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40559386
تاريخ النشر: 2025-05-29
المؤلف: Kekeletso H. Chele وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات النباتات الإثنobotانية والطبية
نظرة عامة
إن دمج المعرفة الإثنobotanical مع أساليب متعددة الأوميات يمثل تقدمًا كبيرًا في اكتشاف المنتجات الطبيعية المشتقة من النباتات (NPs)، مما يجسر الفجوة بين الممارسات الطبية التقليدية والمنهجيات العلمية المعاصرة. تاريخيًا، قدمت أنظمة الشفاء التقليدية مثل الأيورفيدا والطب الصيني التقليدي (TCM) رؤى قيمة حول الاستخدام العلاجي للنباتات الطبية. ومع ذلك، فإن نقص المعايير الصارمة والفهم الميكانيكي قد حد من تطبيقها السريري. من خلال استخدام تقنيات متعددة الأوميات – التي تشمل الجينوميات، والترانسكريبتوميات، والبروتيوميات، والميتابولوميات، والفينوميات – يمكن للبحث الحديث فك تشفير مسارات التخليق الحيوي للنباتات بشكل منهجي وتوضيح الآليات الجزيئية الكامنة وراء نشاطها البيولوجي.
تؤكد المراجعة على قيود طرق الفصل الموجهة بالنشاط البيولوجي التقليدية، التي تتطلب جهدًا كبيرًا وغالبًا ما تؤدي إلى إعادة اكتشاف المركبات المعروفة. في المقابل، أدت التقدمات في الأوميات الحاسوبية، والتحليلات المدفوعة بالذكاء الاصطناعي، ونماذج التعلم الآلي إلى تحسين كبير في سرعة ودقة توصيف المستقلبات، مما يسهل الفحص عالي الإنتاجية وتحديد المركبات بدقة. على الرغم من هذه التقدمات، لا تزال هناك تحديات مثل تباين البيانات ودمج مجموعات البيانات البيولوجية المعقدة. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تطوير خطوط تحليلية قوية، وتعزيز أدوات المعلوماتية الحيوية لدمج بيانات متعددة الأوميات، والتحقق من التنبؤات الحاسوبية تجريبيًا. إن إنشاء إطار عمل شامل ثقافيًا للتحقق من العلاجات التقليدية أمر بالغ الأهمية أيضًا لتنسيق الطب التقليدي والحديث، مما يفتح في النهاية فرصًا جديدة لاكتشاف الأدوية واستكشاف الموارد البيئية المستدامة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الأهمية التاريخية والملاءمة المعاصرة للمنتجات الطبيعية (NPs) في اكتشاف الأدوية. نشأت في القرن التاسع عشر، تشمل دراسة NPs المركبات النشطة بيولوجيًا من مصادر متنوعة، مصنفة إلى مستقلبات أولية وثانوية. لقد تطورت المستقلبات الثانوية، التي تشمل الأحماض الفينولية، والفلافونويدات، والقلويدات، والستيرويدات، لتلعب أدوارًا حيوية في التفاعلات البيئية وتمتلك إمكانات صيدلانية كبيرة. تؤكد الورقة على أن 35-50% من جميع الأدوية المعتمدة مشتقة من مصادر طبيعية، مما يبرز أهمية المعرفة الإثنobotanical في تحديد الأدوية الرئيسية مثل الأسبرين والمورفين.
على الرغم من وعدها، تواجه أبحاث NP عدة تحديات، بما في ذلك الفهم المحدود لمسارات التخليق الحيوي، ونقص طرق العزل القياسية، والصعوبات في التوضيح الهيكلي. تتطلب هذه العقبات نهجًا شاملاً يدمج المعرفة التقليدية مع التقنيات العلمية الحديثة. تهدف المراجعة إلى استكشاف تطور NPs المشتقة من النباتات وتطبيق المنهجيات المتقدمة، مثل الميتابولوميات الحاسوبية ودمج الأوميات المتعددة، لمعالجة هذه التحديات. من خلال الاستفادة من كل من الرؤى التاريخية والابتكارات المعاصرة، تسعى الأبحاث إلى تعزيز عمليات اكتشاف الأدوية والمساهمة في التقدمات الصحية العالمية.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على الأهمية المستمرة للمنتجات الطبيعية المشتقة من النباتات في الطب التقليدي، مؤكدًا جذورها التاريخية وملاءمتها المعاصرة. لقد استخدمت الممارسات العلاجية التقليدية، التي تعود لأكثر من 60,000 عام، المركبات النباتية لمعالجة القضايا الصحية الجسدية والعقلية عبر ثقافات متنوعة، بما في ذلك الأيورفيدا، والطب الصيني التقليدي (TCM)، وأنظمة الشفاء الأفريقية. توضح النصوص الأساسية مثل تشاركا سامهيتا وموسوعة المواد الطبية توثيق المعرفة التجريبية المتعلقة بالنباتات الطبية، والتي أبلغت البحث الصيدلاني الحديث. على الرغم من التحديات التي تواجه الطب التقليدي، بما في ذلك تآكل المعرفة ومخاوف التحقق العلمي، فإنه لا يزال موردًا حيويًا للرعاية الصحية للعديد، خاصة في المناطق مثل أفريقيا حيث يعتمد جزء كبير من السكان على هذه الممارسات.
يقدم دمج الطب التقليدي والحديث فرصًا لحلول صحية مبتكرة، مستفيدًا من الحكمة التجريبية للممارسات التقليدية جنبًا إلى جنب مع المنهجيات الصارمة للعلم الحديث. هذه التآزر أمر حاسم لتحديد والتحقق من المركبات النشطة بيولوجيًا المشتقة من النباتات، التي ساهمت تاريخيًا في اكتشاف الأدوية. يؤكد النقاش على أهمية فهم التنوع الكيميائي والتعقيد الهيكلي لهذه المنتجات الطبيعية، حيث تحمل إمكانات للتطبيقات العلاجية. مع تقدم البحث، من المتوقع أن يؤدي اعتماد تقنيات متقدمة، بما في ذلك الميتابولوميات الحاسوبية والتحليل المدفوع بالذكاء الاصطناعي، إلى تعزيز كفاءة ودقة اكتشاف المنتجات الطبيعية، مما يجسر في النهاية الفجوة بين المعرفة التقليدية والاستفسار العلمي المعاصر.
DOI: https://doi.org/10.3390/metabo15060362
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40559386
Publication Date: 2025-05-29
Author(s): Kekeletso H. Chele et al.
Primary Topic: Ethnobotanical and Medicinal Plants Studies
Overview
The integration of ethnobotanical knowledge with multi-omics approaches marks a significant advancement in the discovery of plant-derived natural products (NPs), bridging traditional medicinal practices with contemporary scientific methodologies. Historically, traditional healing systems such as Ayurveda and Traditional Chinese Medicine (TCM) have provided valuable insights into the therapeutic use of medicinal plants. However, the lack of rigorous standardization and mechanistic understanding has limited their clinical application. By employing multi-omics techniques—encompassing genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, and phenomics—modern research can systematically decode plant biosynthetic pathways and elucidate the molecular mechanisms underlying their bioactivity.
The review emphasizes the limitations of conventional bioactivity-guided fractionation methods, which are labor-intensive and often lead to the rediscovery of known compounds. In contrast, advancements in computational omics, artificial intelligence-driven analytics, and machine learning models have significantly improved the speed and accuracy of metabolite annotation, facilitating high-throughput screening and precision-driven compound identification. Despite these advancements, challenges such as data heterogeneity and the integration of complex biological datasets remain. Future research should focus on developing robust analytical pipelines, enhancing bioinformatics tools for multi-omics data integration, and validating computational predictions experimentally. Establishing a culturally inclusive framework for validating traditional remedies is also crucial for harmonizing traditional and modern medicine, ultimately unlocking new opportunities for drug discovery and sustainable bioprospecting.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the historical significance and contemporary relevance of natural products (NPs) in drug discovery. Originating in the 19th century, the study of NPs encompasses bioactive compounds from various sources, categorized into primary and secondary metabolites. Secondary metabolites, which include phenolic acids, flavonoids, alkaloids, and steroids, have evolved to play vital roles in ecological interactions and possess substantial pharmaceutical potential. The paper emphasizes that 35-50% of all approved drugs are derived from natural sources, underscoring the importance of ethnobotanical knowledge in identifying key pharmaceuticals such as aspirin and morphine.
Despite their promise, NP research faces several challenges, including limited understanding of biosynthetic pathways, lack of standardized isolation methods, and difficulties in structural elucidation. These obstacles necessitate a holistic approach that integrates traditional knowledge with modern scientific techniques. The review aims to explore the evolution of plant-derived NPs and the application of advanced methodologies, such as computational metabolomics and multi-omics integration, to address these challenges. By leveraging both historical insights and contemporary innovations, the research seeks to enhance drug discovery processes and contribute to global health advancements.
Discussion
The discussion highlights the enduring significance of plant-derived natural products in traditional medicine, emphasizing their historical roots and contemporary relevance. Traditional healing practices, which date back over 60,000 years, have utilized plant compounds to address both physical and mental health issues across various cultures, including Ayurveda, traditional Chinese medicine (TCM), and African healing systems. Foundational texts such as the Charaka Samhita and the Compendium of Materia Medica illustrate the codification of empirical knowledge regarding medicinal plants, which has informed modern pharmacological research. Despite the challenges faced by traditional medicine, including the erosion of knowledge and scientific validation concerns, it remains a vital healthcare resource for many, particularly in regions like Africa where a significant portion of the population relies on these practices.
The integration of traditional and modern medicine presents opportunities for innovative healthcare solutions, leveraging the empirical wisdom of traditional practices alongside the rigorous methodologies of modern science. This synergy is crucial for the identification and validation of bioactive compounds derived from plants, which have historically contributed to drug discovery. The discussion underscores the importance of understanding the chemical diversity and structural complexity of these natural products, as they hold potential for therapeutic applications. As research progresses, the adoption of advanced techniques, including computational metabolomics and AI-driven analysis, is poised to enhance the efficiency and accuracy of natural product discovery, ultimately bridging the gap between traditional knowledge and contemporary scientific inquiry.