De ce oamenii de știință caută în ocean noi medicamente
În timp ce cercetătorii medicali își continuă eforturile de îmbunătățire a sănătății umane, unii își îndreaptă atenția asupra oceanului, deoarece consideră că mările Pământului ar putea adăposti noi chimii de combatere a bolilor.
Oceanele acoperă mai mult de două treimi din Pământ. Pe măsură ce spune zicala, știm mai multe despre suprafața lunii decât despre fundul oceanului.
Capacitatea mării de a trece de la furia întunecată, explozivă la calmul senin, limpede ca cristalul, a îngrozit și a înșelat omenirea de când am vizitat prima dată plaja.
Având în vedere natura vastă, neexploatată, a oceanelor Pământului, este logic să le aruncăm adâncimea în căutarea unor tratamente noi și inovatoare.
Animalele marine, plantele și microbii au dezvoltat un portofoliu unic de substanțe chimice pentru a se apăra și pentru a ajuta la comunicare. Oamenii de știință sunt dornici să afle mai multe despre acești compuși noi.
De ce să privim la mare?
Există o serie de motive pentru care viața în mare a dezvoltat o selecție distinctă de molecule. De exemplu, animalele ancorate pe podea și care nu au armură, cum ar fi bureții și coralii, trebuie să găsească alte modalități de a se apăra. În multe cazuri, substanțele chimice sunt arma lor preferată.
În plus, creaturile marine tind să aibă sisteme imune relativ primitive, iar unele trăiesc în habitate supraaglomerate, cum ar fi recifele de corali, unde apărarea lor este o slujbă cu normă întreagă.
În același timp, organismele din ocean trebuie să atragă unele organisme și să le respingă pe altele. De asemenea, trebuie să coordoneze reproducerea prin sincronizarea eliberării de ovule și spermă în mediu. Toate aceste lucruri necesită molecule biologice active.
Animalele și plantele care locuiesc în ocean stau și înoată într-o baie de bacterii, ciuperci și alte organisme intenționate să le transforme într-o masă sau într-o casă.
Această diversitate de amenințări a forțat evoluția să organizeze bătălii chimice din ce în ce mai complexe. Unii dintre compușii rezultați ar putea fi utili pentru propriul nostru război împotriva bolilor.
„Luați în considerare [...] canibalismul universal al mării; toate ale căror creaturi se prădează una pe cealaltă, purtând un război etern de când a început lumea. ”
Herman Melville, Moby Dick
Mări antice
Fascinația cercetătorilor medicali față de mare nu este nimic nou. Primele dovezi ale faptului că oamenii folosesc medicamente din ocean provin din China în 2953 î.e.n. În timpul împăratului Fu Hsi, a existat o taxă pe profiturile provenite din medicamentele derivate din pește.
Saltând câteva mii de ani până în anii 1950, un chimist organic numit Werner Bergmann a izolat o serie de nucleozide dintr-o specie de burete din Caraibe numită Cryptotethya crypta.
Aceste substanțe chimice au inspirat crearea unei noi generații de medicamente, oamenii de știință derivând două medicamente numite Ara-A și Ara-C din aceste nucleozide. Medicii folosesc Ara-A pentru a trata infecțiile cu herpes și Ara-C pentru a trata leucemia mieloidă acută și limfomul non-Hodgkin.
În ultimii ani, aprovizionarea cu droguri din ocean a cunoscut o reapariție a interesului. Mai jos, oferim câteva exemple recente.
Toxine de melci de mare
Conus magus este un melc de mare veninos, a cărui dimensiune diminuată și coajă decorativă neagă suita sa mortală de neurotoxine.
Această armă chimică a nevertebratelor este conotoxinele - o familie foarte variabilă de otrăvuri care, deși melcul le folosește pentru a ucide pești, sunt mai mult decât capabile să omoare un om.
Există sute de alte specii de melc conic, inclusiv conul geografic. Oamenii se referă uneori la această moluscă drept melcul țigării, deoarece, după invenție, aveți suficient timp să fumați o țigară înainte de a muri.
Ziconotida este o versiune sintetică a conotoxinei care funcționează ca un calmant al durerii și este de 1.000 de ori mai puternică decât morfina. Oamenii îl pot trata pentru a trata durerea cronică care rezultă din afecțiuni precum cancerul, stadiul 3 HIV și anumite tulburări neurologice.
Important, după cum scrie un autor, „administrarea prelungită de ziconotidă nu duce la dezvoltarea dependenței sau a toleranței”.
Cu toate acestea, deoarece ziconotida funcționează numai dacă profesioniștii din domeniul sănătății o livrează direct în lichidul spinal (intratecal), o utilizează numai atunci când alte terapii au eșuat sau nu sunt viabile.
Tratamente pentru cancer de sub valuri
În ciuda anilor de cercetare, cancerul se dovedește încă a fi o nucă greu de spart. Deși tratamentul s-a îmbunătățit enorm, oamenii de știință sunt dornici să pună mâna pe noi substanțe chimice bioactive care ar putea ajuta în luptă. Unii cercetători în cancer își scufundă degetele de la picioare în ocean.
Cel mai recent, un grup de cercetători au investigat molecule pe care le extraseră din lampre - un pește parazit fără maxilar, cu un pedigree antic. În special, au fost interesați de așa-numiții receptori variabili ai limfocitelor (VLR).
VLR-urile vizează matricea extracelulară (ECM), care este o rețea de molecule care rulează între celule. ECM îndeplinește roluri variate în organism. De exemplu, oferă suport structural pentru țesuturi, ajută celulele și țesuturile să se lege între ele și ajută la comunicarea dintre celule și celule.
Întrucât VLR-urile vizează ECM, cercetătorii cred că ar putea servi drept catâri de droguri care pot transporta substanțe chimice prin bariera hematoencefalică în mod normal impenetrabilă și direct către creier.
Ei teoretizează că, dacă VLR-urile pot ocoli bariera hematoencefalică - un obstacol în calea majorității medicamentelor - pot trata mai eficient anumite afecțiuni, inclusiv cancerul cerebral și accidentul vascular cerebral. Munca lor preliminară într-un model de mouse a produs rezultate încurajatoare.
Minunea bureților
Buretii prezinta un interes deosebit pentru cercetatorii de medicamente pentru cancer. De fapt, autorii unei recenzii pe această temă se referă chiar la ei ca la o „comoară a drogurilor”. Ei scriu:
„În fiecare an, aproximativ 5.300 de produse naturale diferite și compuși noi au fost izolați de bureții marini. [...] Astfel de compuși s-au dovedit a avea activitate antibacteriană, antivirală, antifungică, antipaludică, antitumorală, imunosupresivă și cardiovasculară. ”
Buretele Halichondria okadai este responsabil pentru producerea unei substanțe chimice notabile, pe care cercetătorii au reprodus-o și redenumită-o ca eribulină.
Într-un studiu din 2010 care a implicat femei cu cancer de sân care au avut metastaze, compusul a extins durata de viață a participanților. La acea vreme, autorul prof. Christopher Twelves a remarcat că, sperăm, „[aceste] rezultate pot stabili eribulina ca un tratament nou și eficient pentru femeile cu cancer de sân metastatic în stadiu târziu”.
Bacteriile marine
Alți oameni de știință au examinat un compus numit seriniquinonă din Serinicoccus, un gen rar de bacterii marine. Oamenii de știință au arătat că această substanță chimică poate distruge selectiv celulele canceroase ale melanomului în laborator.
Deși seriniquinona este departe de a fi gata de utilizare la om, un studiu din februarie 2019 ne face cu un pas mai aproape. Oamenii de știință au identificat secțiunile moleculei care îi furnizează puterile de combatere a cancerului.
Deși vor fi necesare mult mai multă inginerie chimică și studii clinice extinse, autorii cred că „[o], în realitate, aceste studii sugerează că este fezabil să se proiecteze derivați de seriniquinonă specifici melanomului cu proprietăți asemănătoare medicamentelor”.
Un medicament care a efectuat deja mănușa studiilor clinice și l-a folosit în mod obișnuit este trabectedina, cunoscută sub numele de marcă Yondelis. Producătorii derivă acest medicament dintr-un extract de Ecteinascidia, denumit în mod obișnuit strop de mare, care este o nevertebrată marină asemănătoare unui sac.
Cercetătorii au identificat mai întâi proprietățile anticanceroase ale extractului de stropit de mare la sfârșitul anilor 1960 și, în urma unor investigații aprofundate, cercetătorii au găsit acum o modalitate de a-l sintetiza și de a-l produce în cantități mai mari.
Yondelis a fost produsul acestei lucrări și are acum aprobarea de a trata sarcomul țesuturilor moi în Rusia, Europa și Coreea de Sud. Oamenii de știință îl testează și pentru utilizarea împotriva altor tipuri de cancer, inclusiv a cancerului de prostată și de sân.
Rezistență la antibiotic
Amenințarea rezistenței la antibiotice rămâne rareori în prim planul minții cercetătorilor medicali. Un număr tot mai mare de agenți patogeni devin impermeabili la antibioticele moderne. Această lipsă de sensibilitate le face mult mai dificile de tratat și, prin urmare, mult mai periculoase.
Potrivit Centrelor pentru Controlul și Prevenirea Bolilor (CDC), rezistența la antibiotice este „una dintre cele mai mari provocări de sănătate publică din timpul nostru”.
Se caută noi compuși care pot umple golurile în creștere pe care antibioticele ineficiente le-au lăsat.
Unii oameni din această misiune s-au îndreptat spre mare, iar un grup s-a concentrat pe nămolurile peștilor - învelișul sumbru care acoperă unele specii.
Această nămol lucrează din greu pentru a distruge agenții patogeni din mediul marin, așa că unii oameni de știință se întreabă dacă ar putea ajuta și la combaterea agenților patogeni terestri.
Cercetătorii de la California State University din Fullerton și Oregon State University din Corvallis au reușit să izoleze 47 de tulpini distincte de bacterii din mucus. Au crescut aceste bacterii și le-au redus la un extract chimic.
Apoi, au testat acest extract împotriva altor agenți patogeni și au constatat că cinci dintre tulpinile bacteriene erau extrem de eficiente împotriva rezistenței la meticilină. Staphylococcus aureus (MRSA), în timp ce trei au fost eficace împotriva Candida albicans.
Ei și-au prezentat concluziile preliminare la reuniunea și expoziția națională din primăvara anului 2019 a American Chemical Society.
Un alt studiu, care a apărut în Frontiere în microbiologie, examinat Laminaria ochroleuca, o specie de alge care se întâmplă să fie o sursă bogată de Actinobacterii.
Actinobacteriile sunt deosebit de interesante pentru cercetătorii medicali. După cum explică autorii studiului, „bioactivitățile raportate din actinobacteriene [produse naturale] includ activități antibacteriene, antifungice, antitumorale, anticancerigene, antiinflamatoare, antivirale, citotoxice și imunosupresoare”.
Unele dintre extractele actinobacteriene au fost eficiente împotriva C. albicans și S. aureus. Interesant este că, potrivit autorului principal dr. Maria de Fátima Carvalho, „șapte dintre extracte au inhibat creșterea cancerului de sân și în special a celulelor nervoase, în timp ce nu au niciun efect asupra celulelor necanceroase”.
Rezistență antifungică
Pe lângă problema rezistenței la antibiotice se află și problema paralelă a rezistenței antifungice: medicamentele care ucid ciupercile își pierd și dinții. Unii speră că bureții marini ar putea ajuta.
De exemplu, cercetările au arătat că extractele chimice din Jaspis speciile de burete au fost eficiente împotriva C. albicans într-un model de mouse.
În mod similar, un studiu a constatat că euristerolii A și B, două substanțe chimice dintr-un burete din gen Euryspongia, „A prezentat activitate antifungică împotriva tulpinilor rezistente la amfotericină B și de tip sălbatic de [C. albicans]. ” De asemenea, au ucis celulele carcinomului de colon uman în laborator.
Oamenii de știință descoperă aproximativ 1.000 de noi compuși în oceane în fiecare an. După cum explică un autor, „sunt deseori caracterizate de noutate structurală, complexitate și diversitate”.
Cu toate acestea, există încă foarte puțini compuși derivați din mare care joacă un rol în tratamentul bolilor. De ce nu folosim mai multe dintre aceste substanțe chimice noi?
Decalajul dintre chimică și clinică
În primul rând, ca în cazul oricărui medicament experimental, există un salt mare între un vas de cultură într-un laborator și un pacient. Într-o creatură vie, drogurile nu răspund întotdeauna așa cum se așteaptă oamenii de știință.
În al doilea rând, multe medicamente au efecte secundare toxice care le fac inutilizabile. Nici una dintre aceste probleme nu este un punct mort, deoarece farmacologii și chimiștii pot modifica molecule sau pot proiecta substanțe chimice similare, dar acest lucru necesită mult timp.
O altă problemă considerabilă este generarea de cantități suficiente de substanțe chimice derivate din marină. Multe dintre specii fie nu pot supraviețui în captivitate, fie necesită medii foarte specifice, greu de întreținut. Din nou, acest lucru înseamnă că oamenii de știință trebuie să găsească modalități de a reproduce moleculele de interes, care este o cale lungă și complicată.
Vorbind despre aceste probleme, autorii unei recenzii scriu că „puterea sintezei organice și a chimiei medicinale va trebui să fie valabilă”. Acestea sunt cercuri tehnice și scumpe prin care să sară.
În concluzie, deși pare să existe o mare promisiune în mările planetei, multe dintre căile potențiale sunt lungi și sinuoase și nu vor exista victorii rapide.
Pe măsură ce oamenii cresc o presiune crescândă asupra ecosistemelor marine, îngrijorările cu privire la sănătatea oceanelor noastre ajung la apariția febrei. S-ar putea ca potențialele medicamente ale viitorului să dispară înainte ca oamenii de știință să aibă șansa să le recolteze.
