Miért keresik a tudósok az óceánban az új szereket?
Amint az orvoskutatók folytatják erőfeszítéseiket az emberi egészség javítása érdekében, egyesek figyelmüket az óceánra fordítják, mert úgy vélik, hogy a Föld tengerei új, betegségekkel szembeni kémiai anyagokat hordozhatnak.
Az óceánok a Föld több mint kétharmadát borítják. A mondás szerint többet tudunk a hold felszínéről, mint az óceán fenekéről.
A tenger azon képessége, hogy áttérjen a sötét, robbanásszerű dühről a derűs, kristálytiszta nyugalomra, megrémítette és megcsalta az emberiséget, mióta először jártunk a tengerparton.
Tekintettel a Föld óceánjainak óriási, kiaknázatlan természetére, érdemes új és innovatív kezelések után kutatni a mélységüket.
A tengeri állatok, növények és mikrobák egyedülálló vegyi anyagok portfólióját fejlesztették ki, hogy megvédjék magukat és elősegítsék a kommunikációt. A tudósok szívesen tudnak többet ezekről az új vegyületekről.
Miért kell a tengerre nézni?
Számos oka van annak, hogy a tengeri élet különféle molekulák választékát fejlesztette ki. Például a padlón horgonyzó és páncélzattal nem rendelkező állatoknak, például szivacsoknak és koralloknak más módszereket kell találniuk a védekezésre. Sok esetben a vegyi anyagok a választott fegyverek.
Ezenkívül a tengeri élőlényeknek általában viszonylag primitív immunrendszere van, és egyesek túlzsúfolt élőhelyeken élnek, például korallzátonyokban, ahol maguk védelme teljes munkaidős feladat.
Ugyanakkor az óceán organizmusainak vonzaniuk kell egyes organizmusokat, másokat pedig taszítaniuk. A reprodukciót is össze kell hangolniuk a peték és a spermiumok környezetbe történő kibocsátásának szinkronizálásával. Mindezekhez aktív biológiai molekulákra van szükség.
Az óceánban élő állatok és növények baktériumok, gombák és más élőlények fürdőjében ülve úsznak, és étkezéssé vagy otthongá változtatják őket.
A fenyegetések ilyen sokfélesége arra kényszerítette az evolúciót, hogy egyre bonyolultabb vegyi harcokat kezdjen. A kapott vegyületek némelyike hasznos lehet saját betegség elleni háborúnkban.
„Tekintsük […] a tenger egyetemes kannibalizmusát; mindazok, akiknek teremtményei egymást zsákmányolják, és örök háborút folytatnak a világ kezdete óta. ”
Herman Melville, Moby Dick
Ősi tengerek
Az orvostudomány kutatóinak a tenger iránti rajongása nem új keletű. Az első bizonyíték arra, hogy az emberek óceánról származó gyógyszereket használnak, Kínából származnak i. E. 2953-ban. Fu Hsi császár uralkodása alatt a halból származó gyógyszerekből származó nyereség után adót vetettek ki.
Néhány ezer évvel az 1950-es évekbe ugrva egy Werner Bergmann nevű szerves vegyész izolált számos nukleozidot az úgynevezett karibi szivacsfajból Cryptotethya crypta.
Ezek a vegyi anyagok inspirálták a gyógyszerek új generációjának létrehozását, a tudósok két Ara-A és Ara-C nevű gyógyszert nyertek le ezekből a nukleozidokból. Az orvosok az Ara-A-t herpeszfertőzések kezelésére, az Ara-C-t pedig az akut mieloid leukémia és a non-Hodgkin-limfóma kezelésére használják.
Az elmúlt években a kábítószerek óceánról való beszerzése újból felkeltette az érdeklődését. Az alábbiakban bemutatunk néhány friss példát.
Tengeri csigaméregek
Conus magus egy mérges tengeri csiga, amelynek kicsinyített mérete és dekoratív héja meghazudtolja a halálos neurotoxin-készletet.
Ez a gerinctelen vegyifegyver-márka a konotoxinok - egy nagyon változó méregcsalád, amely bár a csiga halak elpusztítására használja őket, több mint képes megölni az embert.
Több száz más kúpcsigafaj létezik, beleértve a földrajzi kúpot is. Az emberek néha cigarettacsigának nevezik ezt a puhatestűt, mert a kényeztetést követően csak halálod előtt van elegendő idő cigarettázni.
A zikonotid a konotoxin szintetikus változata, amely fájdalomcsillapítóként működik, és 1000-szer erősebb, mint a morfin. Az emberek olyan krónikus fájdalmak kezelésére szedhetik, amelyek olyan állapotokból származnak, mint a rák, a 3. stádiumú HIV és bizonyos neurológiai rendellenességek.
Fontos, ahogyan az egyik szerző írja, „a zikonotid hosszan tartó alkalmazása nem vezet függőség vagy tolerancia kialakulásához”.
Mivel azonban a zikonotid csak akkor működik, ha az egészségügyi szakemberek közvetlenül a gerincfolyadékba juttatják (intratekálisan), csak akkor használják, ha más terápiák sikertelenek vagy nem életképesek.
Rákkezelések a hullámok alól
Több éves kutatás ellenére a rák még mindig kemény diónak bizonyul. Bár a kezelés jelentősen javult, a tudósok szívesen kezükbe veszik az új bioaktív vegyi anyagokat, amelyek segíthetnek a harcban. Egyes rákkutatók mártják a lábujjaikat az óceánban.
Legutóbb egy kutatócsoport megvizsgálta azokat a molekulákat, amelyeket lámpákból - pofátlan, parazita halakból, ősi törzskönyvből - nyertek ki. Különösen az úgynevezett variábilis limfocita receptorok (VLR) érdekelték őket.
A VLR-ek az extracelluláris mátrixot (ECM) célozzák meg, amely a sejtek között futó molekulahálózat. Az ECM változatos szerepeket tölt be a testben. Például strukturális támogatást nyújt a szövetekhez, segíti a sejtek és a szövetek összekapcsolódását, és segíti a sejtek közötti kommunikációt.
Amint a VLR-ek megcélozzák az ECM-et, a kutatók úgy vélik, hogy gyógyszeröszlőkként szolgálhatnak, amelyek a vegyi anyagokat a normálisan áthatolhatatlan vér-agy gáton keresztül egyenesen az agyba szállíthatják.
Elméletük szerint ha a VLR-ek megkerülhetik a vér-agy gátat - amely a legtöbb gyógyszer elzárója -, akkor képesek lehetnek bizonyos állapotok, köztük az agyrák és agyvérzés hatékonyabb kezelésére. Egérmodellben végzett előzetes munkájuk biztató eredményeket hozott.
A szivacsok csodája
A szivacsok különösen érdeklik a rákos gyógyszerekkel foglalkozó kutatókat. Valójában a témáról szóló áttekintés szerzői még "drogkincs-háznak" is nevezik őket. Ők írnak:
„Évente mintegy 5300 különféle természetes terméket és új vegyületet izoláltak a tengeri szivacsokból. […] Az ilyen vegyületek antibakteriális, vírusellenes, gombaellenes, maláriaellenes, daganatellenes, immunszuppresszív és kardiovaszkuláris aktivitással bírnak. "
A szivacs Halichondria okadai felelős egy olyan vegyi anyag előállításáért, amelyet a kutatók ismételtek és átneveztek eribulinnak.
Egy 2010-ben végzett tanulmányban metasztázisos emlőrákban szenvedő nők vettek részt, a vegyület meghosszabbította a résztvevők élettartamát. Abban az időben a szerző, Prof. Christopher Twelves megjegyezte, hogy remélhetőleg "[ezek] eredmények az eribulint új, hatékony kezelésként szolgálhatják a késői stádiumú metasztatikus emlőrákban szenvedő nők számára".
Tengeri baktériumok
Más tudósok megvizsgálták a szeriniquinone nevű vegyületet Serinicoccus, a tengeri baktériumok ritka nemzetsége. A tudósok kimutatták, hogy ez a vegyi anyag szelektíven képes elpusztítani a melanoma rákos sejteket a laboratóriumban.
Bár a szerinikinon még nagyon messze van attól, hogy emberben készen álljon a felhasználásra, egy 2019 februári tanulmány egy lépéssel közelebb visz minket. A tudósok azonosították a molekula azon szakaszait, amelyek biztosítják a rák elleni küzdelmet.
Bár sokkal több vegyi mérnöki munkára és átfogó klinikai vizsgálatokra lesz szükség, a szerzők úgy vélik, hogy „[ezek] ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy megvalósítható a melanomaspecifikus szerinikinon-származékok tervezése gyógyszerszerű tulajdonságokkal”.
Az egyik olyan gyógyszer, amely már lefuttatta a klinikai vizsgálatok kesztyűjét, és általánosan elterjedt, a Yondelis márkanéven ismert trabektedin. A gyártók ezt a gyógyszert a Ecteinascidia, amelyet tengeri tengernek neveznek, amely zsákszerű tengeri gerinctelen.
A kutatók először a hatvanas évek végén azonosították a tengeri spricc kivonat rákellenes tulajdonságait, és alapos vizsgálat után a kutatók most megtalálták a módját annak szintetizálására és nagyobb mennyiségben történő előállítására.
A Yondelis ennek a munkának a terméke volt, és most jóváhagyta Oroszországban, Európában és Dél-Koreában a lágyrész-szarkóma kezelését. A tudósok más rákos megbetegedések, köztük a prosztata- és az emlőrák ellen is kipróbálják.
Antibiotikum rezisztencia
Az antibiotikum-rezisztencia veszélye ritkán hagyja az orvoskutatók fejét. Egyre több kórokozó válik átjárhatatlanná a modern antibiotikumokkal szemben. Az érzékenység e hiánya miatt sokkal nagyobb kihívást jelent számukra a kezelés, és ezért jelentősen veszélyesebbek.
A Betegségellenőrzési és Megelőzési Központ (CDC) szerint az antibiotikumokkal szembeni rezisztencia „napjaink egyik legnagyobb közegészségügyi kihívása”.
Új vegyületek után kutatnak, amelyek képesek kitölteni az egyre hatástalanabb antibiotikumokat.
Néhány ember, aki ezen a küldetésen van, a tenger felé fordult, és egy csoport a haliszapra összpontosított - a gloopy bevonat, amely egyes fajokat lefed.
Ez a nyálka keményen dolgozik a tengeri környezetben található kórokozók elpusztításán, ezért egyes tudósok azon gondolkodnak, vajon segíthet-e a szárazföldi kórokozók leküzdésében is.
A fullertoni Kaliforniai Állami Egyetem és a corvallisi Oregoni Állami Egyetem kutatóinak 47 különféle baktérium törzset sikerült izolálniuk a nyálkából. Növelték ezeket a baktériumokat, és kémiai kivonattá redukálták őket.
Ezután tesztelték ezt a kivonatot más kórokozókkal szemben, és megállapították, hogy a baktériumtörzsek közül öt nagyon hatékony volt a meticillin-rezisztens ellen Staphylococcus aureus (MRSA), míg három ellen hatékony volt Candida albicans.
Bemutatták előzetes eredményeiket az American Chemical Society 2019. tavaszi országos találkozóján és kiállításán.
Egy másik tanulmány, amely a A mikrobiológia határai, megvizsgálták Laminaria ochroleuca, egy tengeri moszatfaj, amely történetesen gazdag Actinobacteria-forrás.
Az aktinobaktériumok különösen érdekesek az orvoskutatók számára. Amint a tanulmány szerzői kifejtik, „az aktinobaktériumok [természetes termékek] által jelentett bioaktivitások közé tartozik az antibakteriális, gombaellenes, daganatellenes, rákellenes, gyulladáscsökkentő, vírusellenes, citotoxikus és immunszuppresszív tevékenység”.
Néhány aktinobaktérium-kivonat hatékony volt C. albicans és S. aureus. Érdekes, hogy Dr. Maria de Fátima Carvalho vezető szerző szerint "a kivonatok közül hét gátolta az emlő- és különösen az idegsejt-daganatok növekedését, miközben nem volt hatással a nem rákos sejtekre".
Gombaellenes rezisztencia
Az antibiotikum-rezisztencia kérdése mellett a gombaellenes rezisztencia párhuzamos problémája is: a gombákat elpusztító gyógyszerek is elveszítik fogaikat. Néhányan azt remélik, hogy a tengeri szivacsok képesek lehetnek segíteni.
Például a kutatások kimutatták, hogy a Jaspis szivacsfajok hatékonyak voltak C. albicans egérmodellben.
Hasonlóképpen, egy tanulmány kimutatta, hogy az A és B euriszterolok, a nemzetség szivacsából származó két vegyi anyag Euryspongia, „Gombaellenes hatást mutatott az [amfotericin B-rezisztens és vad típusú [C. albicans]. ” A laboratóriumban megölték az emberi vastagbélrák sejtjeit is.
A tudósok évente körülbelül 1000 új vegyületet fedeznek fel az óceánokban. Mint az egyik szerző kifejti, „gyakran szerkezeti újszerűség, összetettség és sokszínűség jellemzi őket”.
Ugyanakkor még mindig nagyon kevés tengeri eredetű vegyület játszik szerepet a betegségek kezelésében. Miért nem használunk több ilyen új vegyszert?
A vegyi anyag és a klinika közötti szakadék
Először is, mint minden kísérleti gyógyszer esetében, nagy ugrás van a laboratóriumi tenyészedény és a beteg között. Egy élőlényben a gyógyszerek nem mindig reagálnak a tudósok által elvárt módon.
Másodszor, sok gyógyszer toxikus mellékhatásokkal jár, amelyek használhatatlanná teszik őket. Ezeknek a problémák egyikének sem kell lennie zsákutcának, mivel a farmakológusok és kémikusok módosíthatják a molekulákat vagy megtervezhetnek hasonló vegyszereket, de ez mind időigényes.
Egy másik jelentős kérdés a megfelelő mennyiségű tengeri eredetű vegyi anyag előállítása. Sok faj vagy nem képes túlélni a fogságot, vagy nagyon specifikus, nehezen karbantartható környezetet igényel. Ez megint azt jelenti, hogy a tudósoknak meg kell találniuk az érdekes molekulák megismétlésének módjait, ami hosszú és bonyolult út.
Ezekről a kérdésekről szólva egy összefoglaló szerzői azt írják, hogy „a szerves szintézis és az orvosi kémia erejét ki kell tölteni”. Ezek technikai, drága karikák, amelyeken át lehet ugrani.
Összegzésképpen: bár úgy tűnik, hogy nagyon sok ígéret van a bolygó tengerein, a lehetséges utak közül sok hosszú és kanyargós, és nem lesz gyors győzelem.
Amint az emberek egyre nagyobb nyomást gyakorolnak a tengeri ökoszisztémákra, óceánjaink egészségi állapota miatt aggodalmak egyre lázasabbak. Könnyen lehet, hogy a jövő lehetséges kábítószerei eltűnnek, mielőtt a tudósoknak lehetőségük lenne betakarítani őket.
