Medicamentele de salvare a vietii inspirate de animale

(Credit de imagine:

Getty Images

)

Cea mai recenta tehnologie ne permite sa cautam medicamente potentiale in lumea naturala fara a colecta sau a face rau unui singur animal – tot ce aveti nevoie este ADN-ul lor.

T

In zilele noastre, multi dintre noi sunt mai predispusi sa se gandeasca la animale salbatice cu o sursa de boala umana, mai degraba decat la vindecare.

Dar, la fel ca plantele, care au facut parte din dulapurile noastre pentru medicamente inca de cand neanderthalienii au folosit coaja de plop ca calmant, animalele au fost exploatate de mult timp pentru proprietatile lor medicinale.

De exemplu, medicina traditionala chineza (TCM) foloseste ingrediente din 36 de specii de animale, inclusiv rinoceri, ursi negri, tigri si cai de mare – dintre care multe sunt pe cale de disparitie. Medicina ayurvedica recomanda venin de sarpe pentru tratarea artritei, in timp ce muscaturile de tarantula si coltii de la sol au fost folositi in mod traditional in America de Sud, Asia si Africa pentru a vindeca o varietate de afectiuni, de la tumori canceroase la dureri de dinti si astm.

Medicina ayurvedica, care are o vechime de mii de ani, este doar o forma de medicina care recomanda tratamente derivate de la animale (Credit: Getty Images)

Marea majoritate a acestor remedii traditionale nu sunt sustinute de nicio dovada stiintifica – iar urmarirea partilor animale a contribuit deja la mai multe disparitii, inclusiv rinocerul negru occidental si rinocerul alb nordic. Pana de curand, pangolinii, dintre care unele specii sunt pe cale de disparitie critica, au fost adesea crescuti la fermele de animale salbatice din China pentru scarile lor in TCM si se crede ca au fost sursa Covid-19. De fapt, oamenii de stiinta de top au avertizat saptamana aceasta ca exploatarea faunei salbatice va duce probabil la pandemii mai frecvente si mai letale in viitor.   

Dar ar putea exista o modalitate de a utiliza in mod responsabil viata salbatica si asta prin studierea ingredientelor lor chimice la nivel molecular. Datorita tehnologiilor moderne, nu sunt necesare ingrediente animale in nicio etapa – doar o secventa de ADN.

Spre deosebire de plante, din care oamenii izoleaza compusi specifici si ii transforma in medicamente de mai bine de 100 de ani, la animale, moleculele specifice cu potential medical au fost din punct de vedere istoric prea dificil de localizat sau extras. Dar asta se schimba – ceea ce inseamna ca, desi este posibil ca mai multe boli viitoare sa vina de la animale, unele dintre cele mai interesante medicamente ale viitorului vor proveni si de la ele.

S-ar putea sa-ti placa si:

  • Vaccinul care ar putea transforma medicina
  • Boala misterioasa care bantuie Tanzania
  • Noua socanta vindecare pentru durerea extrema

„Ne-am uitat la plante de mult timp, dar doar am zgariat suprafata cu animale”, spune Christine Beeton, imunolog la Baylor College of Medicine. Ea studiaza modul in care peptidele derivate din veninuri pot fi utilizate pentru tratarea bolilor autoimune, cum ar fi scleroza multipla, artrita reumatoida si distrofia miotonica.

Datorita evolutiei, putem gasi molecule mari numite peptide, care sunt frati ai moleculelor care exista in corpul uman, la alte animale. Aceasta inseamna ca peptidele de la animale, de la melci si paianjeni, la salamandre si serpi, se pot perfectiona pe propriile noastre componente celulare, precum o tija divina, cu efecte foarte precise.

Un expert extrage venin dintr-un sarpe cu clopotei din Sao Paulo, Brazilia (Credit: Getty Images)

Peptidele sunt compuse din aceleasi elemente de constructie ca si proteinele, dar in lanturi mult mai mici – se pot gandi la ele ca la „mini proteine”. Deoarece sunt de 10 pana la 40 de ori mai mari decat medicamentele cu molecule mici, cum ar fi aspirina, peptidele sunt mult mai specifice in ceea ce vizeaza. Ca urmare, este mult mai putin probabil sa aiba efecte secundare.

Astazi, instrumentele moderne de genomica, proteomica si transcriptomica – ramurile biologiei care catalogeaza structura chimica a ADN-ului, proteinelor si moleculelor lor mesagere – au revolutionat modul in care oamenii de stiinta pot descoperi compusi la animale care au potentialul de a deveni medicamente.

„Acum putem analiza sute de compusi intr-o luna. Acum 15 ani, asta nu ar fi fost posibil. Ar fi trebuit sa te uiti la ei unul cate unul si ar fi durat 10 ani ”, spune Beeton.

In loc sa trebuiasca sa mulga serpi si scorpioni pentru veninuri, pentru a le analiza, cercetatorii pot pur si simplu extrage baze de date cu coduri pentru a gasi peptide cu proprietati specifice.  

Numeroase medicamente sunt deja disponibile pe rafturile farmaceutice: Enexatide, derivat din saliva monstrului Gila, prescris pentru diabetul de tip doi; Ziconitida, extrasa din venin de melc conic, pentru dureri cronice; Eptifibatida, un sintetic modelat pe veninul sarpei cu clopotei din sud, administrat pentru a preveni atacurile de cord; Batroxobina, extrasa din vipere groapa din America de Sud si utilizata in mai multe tratamente de sange diferite, inclusiv in mod corespunzator numit „Reptilase”; si Captopril, primul produs farmaceutic derivat de la un animal, un anti-hipertensiv aprobat de Administratia SUA pentru Alimente si Medicamente (FDA) in 1981.

Veninul dintr-o specie de sarpe cu clopote pigmeu a inspirat Eptifibatida, un sintetic care previne atacurile de cord (Credit: Getty Images)

Aproape toate aceste produse farmaceutice de origine animala provin din veninuri – unele dintre cele mai complexe amestecuri chimice gasite pe pamant. Desi ne putem gandi la veninuri ca la otravuri rarefiate pe care doar cateva specii le poseda, 220.000 de specii de animale cunoscute produc aceste cocktailuri chimice – in totalitate 15% din toate speciile de animale.

Aceste otravuri complicate, dintre care multe au evoluat de-a lungul a sute de milioane de ani, au o potenta rafinata, stabilitate, viteza si, mai presus de toate, precizie la tinte moleculare specifice.

Vindecarea creierului

Una dintre cele mai promitatoare domenii ale medicamentelor derivate din venin consta in prevenirea leziunilor cerebrale permanente cauzate de accident vascular cerebral. Desi este a doua cauza principala de deces la nivel mondial, uciderea a sase milioane pe an si lasand alte cinci milioane cu dizabilitati permanente, nu avem tratamente care sa vindece sau sa previna leziunile cerebrale in urma acestei pierderi a fluxului de sange in creier.

Singurul medicament aprobat de FDA pentru aceasta nevoie este activatorul plasminogenului tisular (tPA), care poate fi administrat pentru a sparge cheagurile de sange din artera cerebrala. Dar inca nu avem tratamente care sa poata preveni deteriorarea neuronala din cauza foametei de oxigen.

„Aceasta este cea mai mare problema pe care o avem: milioane de oameni sunt lasati la capriciile a ceea ce acel accident vascular cerebral le poate face creierului in orele sau zilele urmatoare”, spune Glenn King, un biochimist la Universitatea din Queensland din Australia. King este specializat in tulburarile sistemului nervos, in care cauza principala este un defect al canalelor ionice ale celulelor nervoase – tuneluri minuscule prin membrane care permit ionilor incarcati, cum ar fi sodiul, sa curga in si din celule, declansand declansarile nervoase. Aceste defecte pot fi cauzate fie prin anomalii structurale, fie printr-un numar anormal de canale.

Muscatura unui paianjen cu palnie poate ucide un om, dar o componenta a veninului sau ar putea preveni deteriorarea creierului la supravietuitorii accidentului vascular cerebral (Credit: Getty Images)

Dupa cum se intampla, veninurile vizeaza in mare masura canalele ionice. King lucreaza cu cea mai mare colectie fizica din lume de probe de venin muls de la nevertebrate vii, cu peptide extrase din peste 700 de specii, inclusiv scorpioni, paianjeni, insecte asasin si centipede. Toxinele de la insecte ar fi evoluat pe o perioada mult mai lunga de timp comparativ cu vertebratele – in unele cazuri 400 de milioane de ani sau mai mult – deci sunt „vizate in mod deosebit”, spune King.

Cand King si-a cautat biblioteca de venin de nevertebrate, a gasit doar o molecula care parea un candidat promitator pentru tratamentul accidentului vascular cerebral. Acesta a fost Hi1a, o componenta a veninului de la paianjenul australian de palnie Hadronyche infensa – un amestec de 3.000 de molecule pe care profesorul King le descrie „cel mai complex arsenal chimic din lume”.

In lucrarea sa din 2017 din Proceedings of the National Academy of Sciences, King descrie atributele „neuroprotectoare” ale Hi1a la sobolani indusi sa aiba un accident vascular cerebral. Daca i se da opt ore dupa un accident vascular cerebral, Hi1a ar putea preveni o „cantitate uriasa de daune”, spune el. Si daca este administrat in termen de patru ore, 90% din daune ar putea fi prevenite, chiar si la doze extrem de mici. Efectele secundare ale acestor toxine ar fi minime pana la inexistente, King spune: „O„ toxina ”nu este neaparat toxica pentru noi – exista mai mult de 100.000 de specii de paianjeni, dar doar o mana dintre ele sunt periculoase pentru oameni.”

De exemplu, medicamentul analgezic Ziconitide, derivat din veninul melcului conic, este letal pentru pesti. Dar functioneaza pur si simplu ca un analgezic atunci cand este dat oamenilor.

Melcii conici produc venin care este letal pentru pesti – dar medicamentul derivat din veninul lor, Ziconitide, actioneaza ca un analgezic la om (Credit: Getty Images)

Lucrul cu canale ionice arata, de asemenea, o mare promisiune in ameliorarea unei alte afectiuni neurologice comune: epilepsia. Lucrarea lui King cu peptida Hm1a, derivata din venin de paianjen, arata promitatoare pentru tratamentul afectiunii epileptice severe cunoscute sub numele de sindromul Dravet. Aceasta forma de epilepsie, care incepe sa prinda in primul an de viata, are o rata de moarte subita neasteptata, care este de 30 de ori mai mare decat in ​​alte forme de epilepsie.

De asemenea, este profund dificil de tratat: medicamentele prescrise frecvent, cum ar fi carbamezapina, pot inrautati starea. Intr-o lucrare din 2018, King raporteaza ca soarecii proiectati sa aiba acelasi deficit genetic ca si persoanele cu sindromul Dravet si-au restabilit functionarea neuronala normala cu o doza de Hm1a derivata din venin de paianjen – si mortalitatea lor a redus semnificativ.

Racul spera

In prezent, in studiile clinice din SUA si probabil sa fie aprobat de FDA in termen de doi ani este Tozuleristida (BLZ-100), un fel de „vopsea tumorala” derivata din veninul de scorpion. Dezvoltat initial la Fred Hutchinson Cancer Research Center din Seattle si descris in revista Cancer Research in 2007, acest medicament se leaga selectiv de celulele tumorale cerebrale, dar nu si de cele sanatoase. Acest lucru permite chirurgilor creierului sa vada mai usor tesutul canceros in timpul interventiei chirurgicale.

„In fiecare saptamana in clinica ma intreb: ce fac astazi si nu vreau sa fac in 15 ani?” spune oncologul Jim Olson de la Fred Hutchinson. In 2004, a asistat la o fata adolescenta supusa unei proceduri chirurgicale de 14 ore pentru a elimina o tumoare pe creier in care chirurgii au lasat in mod accidental o bucata de cancer de dimensiunea unui deget mare, confundandu-l cu tesutul sanatos.

Hotarat sa nu mai lase sa se mai intample asa ceva, Olson si-a insarcinat cercetatorii sa gaseasca o molecula care sa le permita chirurgilor sa vada cancerul cu ochiul liber.

Au fost necesare doar sase saptamani de cercetare a bazelor de date ADN pentru a gasi un candidat potrivit: clorotoxina Cy5.5, derivata din veninul scorpionului feroce numit „deathstalker” Leiurus quinquestriatus, pe care alti cercetatori din Alabama in 1998 descoperisera ca il pot atasa la canalele ionice. pe suprafata celulelor tumorale cerebrale.

Veninul unui scorpion deathstalker ii ajuta pe cercetatori sa gaseasca si sa elimine tumorile cancerului prea mici pentru ca chiar si scanarile RMN sa poata fi observate (Credit: Getty Images)

Toxina le permite cercetatorilor sa vada aglomerari de cancer de doar 200 de celule mari – facand-o de 500 de ori mai sensibila decat scanarile RMN. Alte echipe lucreaza la modalitati de utilizare a Tozuleristidei pentru a eticheta alte forme de cancer, inclusiv cancerul de san si de coloana vertebrala.

Intre timp, unii cercetatori se uita la compusi de origine animala care pot ucide cancerul, nu doar sa-l eticheteze.

Folosind baza de date ArachnoServer, Maria Ikonomopoulou, ofiter de cercetare la Institutul de cercetare medicala QIMR Berghofer din Australia, a descoperit ca peptida gomesina, derivata din veninul tarantulei braziliene Acanthoscurria gomesiana , poate ucide celulele canceroase ale pielii. Inspirata de acest lucru, ea a constatat, de asemenea, ca veninul paianjenului australian cu palnie H. infensa (aceeasi specie folosita de King in repararea accidentului vascular cerebral) poate distruge celulele canceroase ale pielii, dar nu si cele sanatoase.

Un paianjen poate produce doar 10 ml de venin intr-o zi, un scorpion doar 2 ml – si un pseudoscorpion (mici arahnide care au gheare asemanatoare scorpionului) poate mai putin de cinci nanolitri (o milionime de mililitru) pe zi. Dar, cu datele din noile baze de date, cercetatorii pot sintetiza chimic molecule cu proprietati specifice in cantitati suficiente.

Peptide pentru durere

De asemenea, peptidele animale prezinta o promisiune enorma in tratarea unei afectiuni pe care unul din cinci dintre noi o va dezvolta la un moment dat, conform Centrelor pentru Controlul si Prevenirea Bolilor: durere cronica. Aceasta afectiune este disproportionat de frecventa, deoarece este asociata cu o mare varietate de afectiuni, de la cancer la neuropatie diabetica si leziuni fizice pure.

Veninurile sunt o mina de aur pentru tratamente potentiale, deoarece aceste otravuri au fost perfectionate de-a lungul a milioane de ani de evolutie pentru a viza sistemul nervos pentru a imobiliza alte animale.

„Natura a facut toata chimia noastra pentru noi – trebuie doar sa incercam si sa o intelegem un pic mai bine”, spune Irina Vetter, profesor asociat la Centrul de Cercetare a Durerii al Institutului pentru Biosstiinta Moleculara. Peptidele din venin pot avea proprietati surprinzatoare, neobisnuite si extrem de utile, spune ea: analgezicul Ziconitide, de exemplu, nu prezinta dovezi care sa duca la simptome de sevraj – un avantaj imens fata de opiaceele de astazi.

Peptidele animale prezinta, de asemenea, potential in tratamentul celor 80 de boli autoimune cunoscute, care descriu stari in care corpul se intoarce asupra sa, cum ar fi scleroza multipla, artrita reumatoida psoriazisa, lupusul si diabetul.

„Exista literalmente mii de peptide dintre care sa alegem – in vremurile vechi ar fi trebuit sa macinam niste organisme sarace, sa izolam cateva peptide din ele si sa le testam impotriva diferitelor tinte, dar acum nu mai trebuie sa facem asta. Avem toate secventele peptidice in bazele noastre de date ”, spune Ray Norton de la Universitatea Monash din Australia. „Acum provocarea este sa stii la ce sa lucrezi.”

Milioane de ani de evolutie inseamna ca veninurile sunt directionate in mod deosebit catre sistemul nervos al altor animale (Credit: Getty Images)

Mande Holford, profesor asociat de chimie la Hunter College din New York, care studiaza modul in care veninurile pot fi folosite pentru a descoperi medicamente pentru durere si cancer, spune ca merge mai adanc decat simpla gasire de medicamente noi: veninurile ofera, de asemenea, posibilitatea de a raspunde la intrebari mari despre evolutie.

„Aceasta este o sansa de a realiza nu doar fotografii lunare, ci si fotografii Jupiter: cum ne putem da seama cum a evoluat veninul si sa folosim acest lucru in beneficiul umanitatii?” ea intreaba.

Oamenii de stiinta se scufunda acum in bogatia biologica a peptidelor animale pentru a face fata unei noi amenintari: noul coronavirus. Zachary Crook, om de stiinta proteic principal in laboratorul Jim Olson de la Centrul de cercetare a cancerului Fred Hutchinson, a inceput sa caute prin baze de date de peptide dintr-o serie de animale in cautarea peptidelor care s-ar putea lega fie de „proteina spike” de pe suprafata virusului sau receptorului ACE-2 de pe celulele umane de care se ataseaza virusul, pentru a preveni exercitarea efectelor sale. Scopul nostru final este un medicament administrat de un puf de la un inhalator sau nebulizator care poate opri infectia in urmele sale, spune Crook.

In ciuda numeroaselor aplicatii ale peptidelor animale, totusi, este posibil sa se termine timpul pentru a gasi solutii noi. Datorita crizei biodiversitatii, in fiecare an mii de specii se sting, de multe ori chiar inainte de a le descoperi sau de a avea sansa sa le secventam genomul. 

„Dovezile stiintifice sunt destul de solide ca vom atinge un punct de inflexiune in care va fi greu sa recuperam aceasta tendinta si vom pierde o multime de specii – urmatorii 10 ani sunt importanti pentru noi sa binam curba respectiva si sa incercam sa restabilim, protejam si invatam din biodiversitatea pe care o avem pe aceasta planeta ”, spune Holford.

Acum, ca intotdeauna, natura ne poate oferi atat leacuri, cat si boli – si exista, probabil, putine exemple de acest lucru mai puternice decat toxinele animale.

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la BBC  Future ,  Culture ,  Worklife si  Travel , livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR