Interactions between tannins and anthelmintics – molecular aspects and mechanisms

Abstract

Plant tannins have been widely studied for their antiparasitic properties. They also possess other beneficial effects for animal health and environment, such as controlling ruminant bloating and reducing the emission of greenhouse gases from the rumination process. Combined with commercial anthelmintics, tannins could offer a new type of strategy to control the development of anthelmintic resistance. However, more information on the interactions between tannins and commercial anthelmintics is needed as in vivo, different tannin-rich forages have demonstrated either synergistic or antagonistic effects when combined with oral anthelmintics, depending on the types of tannins and the analytical approaches involved.

In this work, the interactions of two tannin classes, proanthocyanidins (PAs) and hydrolysable tannins (HTs), with commercial anthelmintics were studied utilizing isothermal titration calorimetry (ITC) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. ITC studies were conducted using one commercial anthelmintic, thiabendazole (TBZ), while the NMR studies included two anthelmintics, TBZ and ivermectin. The ITC studies indicated that the strength of the interaction is greatly affected by the structural characteristics of tannins, the strongest interactions arising from the presence of galloyl groups and increased molecular weight of the tannin. In general, stronger interactions with TBZ were observed for PAs than for HTs of the same molarity. The results from the NMR study supported the information gained from ITC and in addition elucidated the molecular mechanisms of the interactions.

Differences in the interaction mechanisms were observed for the tannin classes studied, aligning with the in vivo findings on the effect of forage composition. The structural features of tannins involved in the interactions with commercial anthelmintics also contribute to the anthelmintic effects of tannins. This necessitates further research on the possible implications on the bioavailability of commercial anthelmintics if structurally the most potent tannins are used in combination with anthelmintics used as oral drenches.

<b>Tanniinien ja loislääkkeiden väliset vuorovaikutukset – Molekulaariset näkökulmat ja vuorovaikutusmekanismit</b>

Tanniinit ovat kasvien tuottamia erikoistuneita metaboliitteja, joilla on muun muassa havaittu olevan antiparasiittisia ominaisuuksia. Tanniinien on havaittu myös auttavan märehtijöiden pötsihäiriöiden hallinnassa sekä vähentävän märehtimisprosessissa syntyvien kasvihuonekaasupäästöjen määrää. Yhdistettyinä kaupallisten loislääkkeiden kanssa tanniinit voisivatkin tarjota uudenlaisen lähestymistavan loislääkeresistanssin kehittymisen hallitsemiseksi. Lisää tietoa tanniinien ja kaupallisten loislääkkeiden välisistä vuorovaikutuksista kuitenkin tarvitaan, sillä in vivo -tutkimuksissa on saatu ristiriitaisia tuloksia tanniinipitoisten rehujen vaikutuksesta annetun loislääkkeen tehoon, rehujen tanniinikoostumuksesta sekä tutkimuksissa käytetyistä analyysimenetelmistä riippuen.

Tässä työssä tutkittiin kahden tanniiniluokan, proantosyanidiinien (PA) ja hydrolysoituvien tanniinien (HT), vuorovaikutuksia kaupallisten loislääkkeiden kanssa. Tutkimusmenetelminä käytettiin isotermistä titrauskalorimetriaa (ITC) sekä ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa (NMR). ITC:llä tutkittiin edellä mainittujen tanniiniluokkien vuorovaikutuksia tiabendatsolin (TBZ) kanssa, kun taas NMR:llä tutkittiin tanniinien vuorovaikutuksia kahden eri luokan loislääkkeen, TBZ:n ja ivermektiinin, kanssa. Kalorimetrialla saatujen tulosten perusteella voitiin yhdistää tanniinien rakenteelliset ominaisuudet havaitun vuorovaikutuksen voimak-kuuteen; esimerkiksi tanniinirakenteen galloyyliryhmät sekä yhdisteen suurempi molekyylipaino kasvattivat vuorovaikutuksen suuruutta. Yleisesti ottaen PA:t osoittivat voimakkaampia vuorovaikutuksia TBZ:n kanssa kuin HT:t samassa konsentraatiossa. NMR-tulokset taas tukivat ITC-tutkimusten tuloksia sekä paljastivat lisää tietoa vuorovaikutusmekanismeista.

Eroja vuorovaikutuksissa havaittiin tanniiniluokkien välillä, mikä vastaa aiempia in vivo -tuloksia rehun koostumuksen vaikutuksesta loislääkkeen biologiseen hyötyosuuteen. Koska samat tanniinien rakenteelliset tekijät osallistuvat vuorovaikutuksiin niin loisten kuin loislääkkeiden kanssa, lisätutkimusta tarvitaan tanniinien vaikutuksesta loislääkkeiden biologiseen hyötyosuuteen, jos rakenteellisesti aktiivisimpia tanniineja aiotaan käyttää loislääkkeiden rinnalla.