Защо учените търсят в океана нови лекарства
Докато медицинските изследователи продължават усилията си за подобряване на човешкото здраве, някои насочват вниманието си към океана, защото вярват, че земните морета могат да съдържат нова химия за борба с болестите.
Океаните покриват повече от две трети от Земята. С течение на поговорката ние знаем повече за повърхността на Луната, отколкото за дъното на океана.
Способността на морето да премине от тъмна, експлозивна ярост към спокойна, кристално чиста тишина ужаси и омагьоса човечеството още от първото ни посещение на плажа.
Като се има предвид необятната, неизползвана природа на океаните на Земята, има смисъл да се пропият дълбочините им в лов за нови и иновативни лечения.
Морските животни, растенията и микробите са разработили уникално портфолио от химикали, за да се защитят и да подпомогнат комуникацията. Учените искат да знаят повече за тези нови съединения.
Защо да гледаме към морето?
Има редица причини, поради които животът в морето е разработил отделен подбор на молекули. Например, животните, които са закотвени на пода и нямат броня, като гъби и корали, трябва да намерят други начини да се защитят. В много случаи химикалите са тяхното избрано оръжие.
Освен това морските същества са склонни да имат относително примитивна имунна система, а някои живеят в пренаселени местообитания, като коралови рифове, където защитата е работа на пълен работен ден.
В същото време организмите в океана трябва да привличат едни организми и да отблъскват други. Те също така трябва да координират размножаването, като синхронизират освобождаването на яйца и сперматозоиди в околната среда. Всички тези неща изискват активни биологични молекули.
Животните и растенията, които живеят в океана, седят и плуват в баня с бактерии, гъбички и други организми, които се стремят да ги превърнат в храна или дом.
Това разнообразие от заплахи принуди еволюцията да води все по-сложни химически битки. Някои от получените съединения могат да бъдат полезни за нашата собствена война срещу болестите.
„Помислете за […] универсалния канибализъм на морето; всички, чиито създания се преследват взаимно, водейки вечна война от началото на света. "
Херман Мелвил, Моби Дик
Древни морета
Очарованието на медицинските изследователи от морето не е нещо ново. Първите доказателства за употребата на хора от океана са от Китай през 2953 г. пр.н.е. По време на управлението на император Фу Си е имало данък върху печалбите, получени от лекарството, получено от риба.
Скачайки напред няколко хиляди години до 50-те години, органичен химик, наречен Вернер Бергман, изолира редица нуклеозиди от карибски вид гъба, наречена Cryptotethya crypta.
Тези химикали вдъхновяват създаването на ново поколение лекарства, като учените извличат две лекарства, наречени Ara-A и Ara-C от тези нуклеозиди. Лекарите използват Ara-A за лечение на херпесни инфекции и Ara-C за лечение на остра миелоидна левкемия и неходжкинов лимфом.
През последните години източникът на наркотици от океана преживя възраждане на интереса. По-долу предоставяме няколко скорошни примера.
Токсини от морски охлюви
Conus magus е отровен морски охлюв, чийто миниатюрен размер и декоративна обвивка вярват в смъртоносния си набор от невротоксини.
Марката на химическото оръжие на този безгръбначен е конотоксините - силно променливо семейство отрови, които, въпреки че охлювът ги използва за убиване на риби, са повече от способни да убият човек.
Има стотици други видове конусообразни охлюви, включително географския конус. Хората понякога наричат този мекотел цигарения охлюв, тъй като след енвенацията имате достатъчно време само да изпушите цигара, преди да умрете.
Ziconotide е синтетична версия на конотоксин, която действа като средство за облекчаване на болката и е 1000 пъти по-мощна от морфина. Хората могат да го приемат за лечение на хронична болка, която е резултат от състояния като рак, стадий 3 ХИВ и някои неврологични разстройства.
Важно е, както пише един автор, „продължителното приложение на зиконотид не води до развитие на пристрастяване или толерантност“.
Тъй като обаче зиконотидът действа само ако здравните специалисти го доставят директно в гръбначния стълб (интратекално), те го използват само когато други терапии са неуспешни или не са жизнеспособни.
Лечение на рак под вълните
Въпреки дългогодишните изследвания, ракът все още се оказва твърд орех. Въпреки че лечението се е подобрило значително, учените искат да се доберат до нови биоактивни химикали, които могат да помогнат в борбата. Някои изследователи на рака потапят пръстите си в океана.
Съвсем наскоро група изследователи разследваха молекули, които бяха извлекли от миноги - безчелюстна, паразитна риба с древно родословие. По-специално, те се интересуват от така наречените променливи лимфоцитни рецептори (VLR).
VLRs са насочени към извънклетъчния матрикс (ECM), който представлява мрежа от молекули, която тече между клетките. ECM изпълнява различни роли в тялото. Например, той осигурява структурна подкрепа за тъканите, помага на клетките и тъканите да се свързват заедно и подпомага комуникацията между клетките.
Тъй като VLRs са насочени към ECM, изследователите смятат, че те могат да служат като мулета за наркотици, които могат да транспортират химикали през нормално непроницаемата кръвно-мозъчна бариера и направо в мозъка.
Те теоретизират, че ако VLR могат да заобиколят кръвно-мозъчната бариера - пречка за повечето лекарства - те могат да бъдат в състояние да лекуват по-ефективно определени състояния, включително рак на мозъка и инсулт. Тяхната предварителна работа в модел на мишка даде обнадеждаващи резултати.
Чудото на гъбите
Гъбите представляват особен интерес за изследователите на лекарства за рак. Всъщност авторите на рецензия по темата дори ги наричат „съкровищница на наркотици“. Те пишат:
„Всяка година от морските гъби са изолирани около 5300 различни природни продукта и нови съединения. […] Такива съединения се оказаха антибактериални, антивирусни, противогъбични, антималарийни, противотуморни, имуносупресивни и сърдечно-съдови. “
Гъбата Халихондрия окадай е отговорен за производството на един химикал с бележка, който изследователите са копирали и преименували на ерибулин.
В проучване от 2010 г., включващо жени с рак на гърдата, които са метастазирали, съединението удължава живота на участниците. По това време авторът проф. Кристофър Туелвес отбеляза, че, надяваме се, „[тези] резултати могат да установят ерибулин като ново, ефективно лечение за жени с метастатичен рак на гърдата в късен стадий“.
Морски бактерии
Други учени са изследвали съединение, наречено серинихинон от Serinicoccus, рядък род морски бактерии. Учените са доказали, че този химикал може селективно да унищожи меланомните ракови клетки в лабораторията.
Въпреки че серинихинонът е далеч от готовността за употреба при хора, проучване от февруари 2019 г. ни отвежда с една крачка по-близо. Учените идентифицираха секциите на молекулата, които осигуряват нейните сили за борба с рака.
Въпреки че ще са необходими много повече химическо инженерство и обширни клинични изпитвания, авторите смятат, че „[o] verall, тези проучвания предполагат, че е възможно да се проектират специфични за меланома производни на серинихинон със свойства, подобни на лекарства“.
Едно лекарство, което вече е провело ръкавици от клинични изпитвания и го е превърнало в общоприето, е трабектедин, известен с марката Yondelis. Производителите извличат това лекарство от екстракт от Ектенасицидия, обикновено наричан морски шприц, който е подобен на торбичка морски безгръбначни.
За първи път изследователите идентифицират противораковите свойства на екстракта от морски шприц в края на 60-те години и след задълбочено разследване изследователите сега са намерили начин да го синтезират и произвеждат в по-големи количества.
Yondelis е продуктът на тази работа и вече има одобрението за лечение на сарком на меките тъкани в Русия, Европа и Южна Корея. Учените също го изпробват за използване срещу други видове рак, включително рак на простатата и гърдата.
Резистентност към антибиотици
Заплахата от антибиотична резистентност рядко оставя на преден план умовете на медицинските изследователи. Все по-голям брой патогени стават непроницаеми за съвременните антибиотици. Тази липса на податливост ги прави много по-предизвикателни за лечение и следователно значително по-опасни.
Според Центровете за контрол и превенция на заболяванията (CDC) антибиотичната резистентност е „едно от най-големите предизвикателства за общественото здраве на нашето време“.
Търси се за нови съединения, които могат да запълнят нарастващите пропуски, останали от неефективните антибиотици.
Някои хора с тази мисия са се обърнали към морето, а една група се е фокусирала върху рибената слуз - мрачното покритие, което покрива някои видове.
Тази слуз работи усилено, за да унищожи патогените в морската среда, така че някои учени се чудят дали тя може да помогне и за борба със сухоземните патогени.
Изследователи от Калифорнийския държавен университет във Фулъртън и държавния университет в Орегон в Корвалис успяха да изолират 47 отделни щама бактерии от слузта. Те отглеждат тези бактерии и ги редуцират до химически екстракт.
След това тестваха този екстракт срещу други патогени и установиха, че пет от бактериалните щамове са високо ефективни срещу резистентност към метицилин Стафилококус ауреус (MRSA), докато три бяха ефективни срещу Candida albicans.
Те представиха своите предварителни открития на Националната среща и изложение на Американското химическо общество през пролетта на 2019 г.
Друго проучване, включено в Граници в микробиологията, разгледани Laminaria ochroleuca, вид водорасли, които се оказват богат източник на актинобактерии.
Актинобактериите са особено интересни за медицинските изследователи. Както обясняват авторите на изследването, „биоактивността, за която се съобщава от актинобактериални [естествени продукти], включва антибактериални, противогъбични, противотуморни, противоракови, противовъзпалителни, антивирусни, цитотоксични и имуносупресивни дейности“.
Някои от актинобактериалните екстракти са ефективни срещу C. albicans и S. aureus. Интересното е, че според старши автор д-р Мария де Фатима Карвальо, „седем от екстрактите инхибират растежа на рака на гърдата и особено на нервните клетки, като същевременно нямат ефект върху нераковите клетки“.
Противогъбична устойчивост
Наред с въпроса за антибиотичната резистентност е паралелният проблем и с противогъбичната резистентност: лекарствата, които убиват гъбичките, също губят зъбите си. Някои се надяват, че морските гъби могат да помогнат.
Например, изследванията показват, че химическите екстракти от Яспис видове гъба бяха ефективни срещу C. albicans в модел на мишка.
По същия начин, проучване установи, че евристеролите А и В, два химикала от гъба от рода Euryspongia, “Проявява противогъбична активност срещу амфотерицин В-резистентни и див тип щамове на [C. albicans]. " Те също така убиха човешки клетки от карцином на дебелото черво в лабораторията.
Учените откриват около 1000 нови съединения в океаните всяка година. Както обяснява един автор, те „често се характеризират със структурна новост, сложност и разнообразие“.
Въпреки това все още има много малко морски съединения, които играят роля при лечението на болести. Защо не използваме повече от тези нови химикали?
Разликата между химиката и клиниката
Първо, както при всяко експериментално лекарство, има голям скок между културална чиния в лаборатория и пациент. При живото същество наркотиците не винаги реагират по начина, по който учените очакват.
На второ място, много лекарства имат токсични странични ефекти, които ги правят неизползваеми. Нито един от тези проблеми не е задънена улица, тъй като фармакологи и химици могат да променят молекули или да проектират подобни химикали, но това отнема много време.
Друг значителен проблем е генерирането на достатъчни количества морски химикали. Много от видовете или не могат да оцелеят в плен, или изискват силно специфична, трудна за поддръжка среда. Отново това означава, че учените трябва да намерят начини да възпроизведат молекулите, които ни интересуват, което е дълъг и сложен път.
Говорейки по тези въпроси, авторите на рецензия пишат, че „силата на органичния синтез и лекарствената химия ще трябва да дойде“. Това са технически, скъпи обръчи, през които да скочите.
В заключение, въпреки че изглежда много обещаващо в моретата на планетата, много от потенциалните пътища са дълги и криволичещи и няма да има бързи победи.
Докато хората натрупват все по-голям натиск върху морските екосистеми, опасенията за здравето на нашите океани достигат до висока температура. Възможно е потенциалните лекарства в бъдещето да изчезват, преди учените да имат шанса да ги приберат.
