Prečo vedci hľadajú v oceáne nové drogy
Keď lekárski vedci pokračujú vo svojom úsilí o zlepšenie ľudského zdravia, niektorí obracajú svoju pozornosť k oceánu, pretože veria, že v zemských moriach sa môže skrývať nová chémia proti chorobám.
Oceány pokrývajú viac ako dve tretiny Zeme. Ako hovorí príslovie, vieme viac o povrchu Mesiaca ako o dne oceánu.
Schopnosť mora prechádzať z temného, výbušného hnevu do pokojného, krištáľovo čistého pokoja vydesila a očarila ľudstvo od našej prvej návštevy pláže.
Vzhľadom na obrovskú nevyužitú povahu oceánov Zeme má zmysel zamerať sa na ich hĺbku v hľadaní nových a inovatívnych spôsobov liečby.
Morské živočíchy, rastliny a mikróby vyvinuli jedinečné portfólio chemických látok, ktoré sa bránia a uľahčujú komunikáciu. Vedci majú záujem dozvedieť sa viac o týchto nových zlúčeninách.
Prečo sa pozerať na more?
Existuje veľa dôvodov, prečo si život v mori vyvinul zreteľný výber molekúl. Napríklad zvieratá ukotvené k podlahe, ktoré nemajú pancierovanie, ako napríklad špongie a koraly, musia nájsť iné spôsoby, ako sa brániť. V mnohých prípadoch sú ich zbraňou voľby chemikálie.
Okrem toho majú morské tvory tendenciu mať pomerne primitívny imunitný systém a niektoré žijú v preplnených biotopoch, ako sú koralové útesy, kde sa bránia na plný úväzok.
Súčasne je potrebné, aby organizmy v oceáne prilákali niektoré organizmy a odpudzovali iné. Musia tiež koordinovať reprodukciu synchronizáciou uvoľňovania vajíčok a spermií do životného prostredia. Všetky tieto veci si vyžadujú aktívne biologické molekuly.
Zvieratá a rastliny žijúce v oceáne sedia a plávajú v kúpeli s baktériami, hubami a inými organizmami, ktoré ich premieňajú na jedlo alebo domov.
Táto rozmanitosť hrozieb prinútila vývoj k čoraz zložitejším chemickým bitkám. Niektoré z výsledných zlúčenín môžu byť užitočné pre našu vlastnú vojnu proti chorobám.
„Zvážte [...] univerzálny kanibalizmus mora; všetci, ktorých stvorenia sa navzájom korisťujú a vedú večnú vojnu od začiatku sveta. “
Herman Melville, Moby Dick
Starodávne moria
Fascinácia lekárov morom nie je nič nové. Prvý dôkaz o tom, že ľudia užívajú lieky z oceánu, pochádzajú z Číny v roku 2953 pred n. L. Za vlády cisára Fu Hsi platila daň zo ziskov pochádzajúcich z liekov pochádzajúcich z rýb.
Organický chemik Werner Bergmann vyskočil o niekoľko tisíc rokov do 50. rokov 20. storočia a izoloval množstvo nukleozidov z karibského druhu špongie tzv. Cryptotethya crypta.
Tieto chemikálie inšpirovali vývoj novej generácie liekov, pričom vedci z týchto nukleozidov odvodili dva lieky nazývané Ara-A a Ara-C. Lekári používajú Ara-A na liečbu herpetických infekcií a Ara-C na liečbu akútnej myeloidnej leukémie a non-Hodgkinovho lymfómu.
V posledných rokoch došlo k opätovnému nárastu záujmu o získavanie drog z oceánu. Ďalej uvádzame niekoľko nedávnych príkladov.
Toxíny morského slimáka
Conus magus je jedovatý morský slimák, ktorého malá veľkosť a dekoratívna škrupina veria jeho smrtiacej skupine neurotoxínov.
Chemickou výzbrojou tohto bezstavovca sú konotoxíny - veľmi premenlivá skupina jedov, ktoré síce slimák používa na zabíjanie rýb, ale je viac než schopný zabiť človeka.
Existujú stovky ďalších druhov slimákov kužeľovitých, vrátane zemepisného kužeľa. Ľudia niekedy hovoria o tomto mäkkýšovi ako o slimákovi z cigarety, pretože po vyliečení máte len dosť času na to, aby ste cigaretu vyfajčili, kým zomriete.
Zikonotid je syntetická verzia konotoxínu, ktorá účinkuje ako prostriedok proti bolesti a je 1 000-krát účinnejšia ako morfín. Ľudia ju môžu užívať na liečbu chronickej bolesti, ktorá je výsledkom chorôb, ako je rakovina, 3. stupeň HIV a určité neurologické poruchy.
Dôležité je, ako píše jeden autor, „predĺžené podávanie zikonotidu nevedie k rozvoju závislosti alebo tolerancie.“
Pretože však zikonotid účinkuje, iba ak ho zdravotnícki pracovníci dodajú priamo do miechy (intratekálne), používajú ho iba v prípade, že iná liečba zlyhala alebo nie je životaschopná.
Liečba rakoviny spod vĺn
Napriek rokom výskumu sa rakovina stále ukazuje ako ťažký oriešok. Aj keď sa liečba výrazne zlepšila, vedci sa snažia dostať do rúk nové bioaktívne chemikálie, ktoré by mohli pomôcť v boji. Niektorí vedci zaoberajúci sa rakovinou si namáčajú prsty na nohách v oceáne.
Najnovšie skupina vedcov skúmala molekuly, ktoré extrahovali z lampreys - parazitujúcich rýb bez čeľustí so starodávnym rodokmeňom. Zaujímali sa najmä o takzvané variabilné lymfocytové receptory (VLR).
VLR sa zameriavajú na extracelulárnu matricu (ECM), čo je sieť molekúl, ktorá beží medzi bunkami. ECM plní v tele rôzne úlohy. Napríklad poskytuje štrukturálnu podporu pre tkanivá, pomáha bunkám a tkanivám spojiť sa a pomáha pri komunikácii medzi bunkami.
Keď sa VLR zameriavajú na ECM, vedci sa domnievajú, že by mohli slúžiť ako mulice liekov, ktoré môžu transportovať chemikálie cez bežne nepreniknuteľnú hematoencefalickú bariéru a priamo do mozgu.
Predpokladajú, že ak VLR dokážu prekonať hematoencefalickú bariéru - prekážku väčšiny liekov -, môžu byť schopní účinnejšie liečiť určité stavy, vrátane rakoviny mozgu a mozgovej príhody. Ich predbežná práca na modeli myši priniesla povzbudivé výsledky.
Zázrak špongií
Hubky sú predmetom zvláštneho záujmu výskumníkov liekov na rakovinu. Autori recenzie na túto tému ich dokonca označujú ako „drogovú pokladnicu“. Oni píšu:
„Každý rok sa z morských húb izolovalo okolo 5 300 rôznych prírodných produktov a nových zlúčenín. [...] Ukázalo sa, že také zlúčeniny majú antibakteriálnu, antivírusovú, protiplesňovú, antimalarickú, protinádorovú, imunosupresívnu a kardiovaskulárnu aktivitu. “
Špongia Halichondria okadai je zodpovedný za výrobu jednej chemickej látky, ktorú vedci replikovali a premenovali na eribulín.
V štúdii z roku 2010, ktorá zahŕňala ženy s rakovinou prsníka, ktoré metastázovali, predĺžila táto zlúčenina životnosť účastníkov. V tom čase autor profesor Christopher Twelves poznamenal, že „tieto výsledky môžu viesť k zavedeniu eribulínu ako novej účinnej liečby pre ženy s metastatickým karcinómom prsníka v neskorom štádiu.“
Morské baktérie
Iní vedci skúmali zlúčeninu zvanú serinichinón z Serinicoccus, vzácny rod morských baktérií. Vedci preukázali, že táto chemikália môže v laboratóriu selektívne ničiť bunky rakoviny melanómu.
Aj keď je serinochinón ešte ďaleko od toho, aby bol pripravený na použitie u ľudí, štúdia z februára 2019 nás posúva o krok bližšie. Vedci identifikovali časti molekuly, ktoré poskytujú jej sily v boji proti rakovine.
Aj keď bude potrebných omnoho viac chemického inžinierstva a rozsiahle klinické skúšky, autori sa domnievajú, že „tieto štúdie všeobecne naznačujú, že je možné navrhnúť melanómové špecifické deriváty serinochinónu s vlastnosťami podobnými liekom.“
Jedným z liekov, ktoré už prešli klinickými skúškami a dostal sa do bežného používania, je trabektedín, známy pod obchodnou značkou Yondelis. Výrobcovia odvodzujú tento liek z extraktu z Ecteinascidia, obyčajne sa nazýva morská striekačka, čo je morský bezstavovec podobný miešku.
Vedci prvýkrát identifikovali protirakovinové vlastnosti extraktu z morskej striekačky koncom 60. rokov a po rozsiahlom výskume teraz našli spôsob, ako ho syntetizovať a produkovať vo väčšom množstve.
Yondelis bol produktom tejto práce a teraz má povolenie na liečbu sarkómu mäkkých tkanív v Rusku, Európe a Južnej Kórei. Vedci ho tiež testujú na použitie proti iným druhom rakoviny, vrátane rakoviny prostaty a prsníka.
Antibiotická rezistencia
Hrozba rezistencie na antibiotiká málokedy opustí popredné miesta v mysli lekárskych výskumníkov. Rastúci počet patogénov začína byť pre moderné antibiotiká nepriepustný. Táto nedostatočná náchylnosť spôsobuje, že sú oveľa náročnejšie na liečbu, a preto sú podstatne nebezpečnejšie.
Podľa Centra pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) je rezistencia na antibiotiká „jednou z najväčších výziev v oblasti verejného zdravia našej doby“.
Hľadajú sa nové zlúčeniny, ktoré by mohli vyplniť rastúce medzery, ktoré zanechali neúčinné antibiotiká.
Niektorí ľudia na tejto misii sa obrátili k moru a jedna skupina sa zamerala na rybí sliz - chrumkavý povlak, ktorý pokrýva niektoré druhy.
Tento sliz tvrdo pracuje na ničení patogénov v morskom prostredí, takže niektorých vedcov zaujíma, či by mohol pomôcť aj v boji proti suchozemským patogénom.
Vedcom z Kalifornskej štátnej univerzity vo Fullertone a Oregonskej štátnej univerzity v Corvallise sa podarilo izolovať z hlienu 47 odlišných kmeňov baktérií. Pestovali tieto baktérie a redukovali ich na chemický extrakt.
Ďalej testovali tento extrakt proti iným patogénom a zistili, že päť z bakteriálnych kmeňov bolo vysoko účinných proti meticilínu rezistentným. Staphylococcus aureus (MRSA), zatiaľ čo tri boli účinné proti Candida albicans.
Svoje predbežné zistenia predstavili na národnom stretnutí a výstave americkej chemickej spoločnosti na jar 2019.
Ďalšia štúdia, ktorá bola uvedená v Hranice v mikrobiológii, preskúmané Laminaria ochroleuca, druh morských rias, ktorý je bohatým zdrojom aktinobaktérií.
Aktinobaktérie sú zaujímavé najmä pre lekárskych výskumníkov. Ako vysvetľujú autori štúdie, „medzi biologické aktivity uvádzané z aktinobaktérií [prírodných produktov] patria antibakteriálne, antifungálne, protinádorové, protirakovinové, protizápalové, antivírusové, cytotoxické a imunosupresívne účinky.“
Niektoré z aktinobakteriálnych extraktov boli účinné proti C. albicans a S. aureus. Je zaujímavé, že podľa vedúcej autorky Dr. Maria de Fátima Carvalho „sedem z extraktov inhibovalo rast rakoviny prsníka a najmä rakovín nervových buniek, pričom nemalo žiadny vplyv na nerakovinové bunky.“
Antifungálna rezistencia
Spolu s otázkou rezistencie na antibiotiká je paralelný problém protiplesňovej rezistencie: o zuby prichádzajú aj lieky, ktoré ničia huby. Niektorí dúfajú, že morské špongie môžu pomôcť.
Napríklad výskum ukázal, že chemické extrakty z Jaspis druhy húb boli účinné proti C. albicans v modeli myši.
Štúdia podobne zistila, že eurysteroly A a B, dve chemikálie z hubky rodu Euryspongia, „Vykazovali antifungálnu aktivitu proti amfotericínu B-rezistentným a divokým typom kmeňov [C. albicans]. “ V laboratóriu zabili aj bunky ľudského karcinómu hrubého čreva.
Vedci každý rok objavia v oceánoch asi 1 000 nových zlúčenín. Ako vysvetľuje jeden autor, „často sa vyznačujú štrukturálnou novosťou, zložitosťou a rozmanitosťou“.
Pri liečbe chorôb však stále existuje veľmi málo zlúčenín pochádzajúcich z mora. Prečo nepoužívame viac týchto nových chemikálií?
Rozdiel medzi chemickou látkou a klinikou
Po prvé, ako pri akomkoľvek experimentálnom lieku, medzi laboratórnou kultivačnou miskou a pacientom existuje veľký skok. U živého tvora drogy nie vždy reagujú tak, ako to vedci očakávajú.
Po druhé, veľa liekov má toxické vedľajšie účinky, ktoré ich robia nepoužiteľnými. Ani jeden z týchto problémov nie je slepou uličkou, pretože farmakológovia a chemici môžu upravovať molekuly alebo navrhovať podobné chemikálie, ale je to všetko časovo náročné.
Ďalším významným problémom je generovanie dostatočného množstva morských chemikálií. Mnohé z druhov buď nemôžu prežiť v zajatí, alebo vyžadujú vysoko špecifické a ťažko udržiavateľné prostredie. To opäť znamená, že vedci musia nájsť spôsoby, ako replikovať zaujímavé molekuly, čo je dlhá a komplikovaná cesta.
V diskusii o týchto otázkach autori recenzie píšu, že „sila organickej syntézy a liečivej chémie sa bude musieť uplatniť.“ Jedná sa o technické, drahé obruče na preskočenie.
Na záver možno povedať, že aj keď sa zdá, že v moriach planéty existuje veľa prísľubov, mnoho potenciálnych ciest je dlhých a kľukatých a nebudú tu žiadne rýchle výhry.
Keď ľudia hromadia zvyšujúci sa tlak na morské ekosystémy, obavy o zdravie našich oceánov dosahujú horúčky. Je možné, že potenciálne lieky budúcnosti miznú skôr, ako ich majú vedci možnosť získať.
