Чому вчені шукають в океані нові наркотики
Поки медичні дослідники продовжують свої зусилля щодо поліпшення здоров'я людей, деякі звертають свою увагу на океан, оскільки вважають, що в земних морях може бути нова хімія, яка бореться з хворобами.
Світовий океан покриває понад дві третини Землі. Згідно з прислів'ям, ми знаємо більше про поверхню Місяця, ніж про дно океану.
Можливість моря перейти від темної вибухової люті до безтурботного, кришталево чистого спокою налякала людство з моменту першого відвідування пляжу.
З огляду на величезну, невикористану природу океанів Землі, є сенс занурити їх глибину в полювання на нові та інноваційні методи лікування.
Морські тварини, рослини та мікроби створили унікальний асортимент хімічних речовин, щоб захищати себе та сприяти спілкуванню. Вчені прагнуть дізнатись більше про ці нові сполуки.
Чому дивитися на море?
Є ціла низка причин, чому життя в морі розробило чіткий вибір молекул. Наприклад, тваринам, які прикріплені до підлоги і не мають броньованих покриттів, таких як губки та корали, потрібно знайти інші способи захисту. У багатьох випадках хімічні речовини є їх вибором.
Крім того, морські істоти, як правило, мають відносно примітивну імунну систему, а деякі мешкають у перенаселених місцях проживання, таких як коралові рифи, де захищатися - це штатна робота.
У той же час організмам в океані потрібно залучати одні організми і відштовхувати інші. Їм також потрібно координувати розмноження, синхронізуючи викид яєць та сперми в навколишнє середовище. Всі ці речі потребують активних біологічних молекул.
Тварини та рослини, які мешкають в океані, сидять і купаються у ванні з бактеріями, грибами та іншими організмами, маючи намір перетворити їх на їжу чи дім.
Це різноманіття загроз змусило еволюцію вести дедалі складніші хімічні битви. Деякі з отриманих сполук можуть бути корисними для власної війни проти хвороб.
“Розглянемо […] загальний морський канібалізм; всі, чиї істоти полюють одне на одного, ведучи вічну війну від початку світу ".
Герман Мелвілл, Мобі Дік
Стародавні моря
Захоплення морем дослідників не є нічим новим. Перші свідчення того, що люди вживають ліки з океану, надходять з Китаю в 2953 році до н. Е. За часів правління імператора Фу Сі був податок на прибуток, отриманий від рибних ліків.
Стрибнувши вперед на кілька тисяч років до 1950-х років, хімік-органік Вернер Бергманн виділив низку нуклеозидів із карибського виду губки, що називається Cryptotethya crypta.
Ці хімічні речовини надихнули на створення ліків нового покоління, завдяки чому вчені вивели з цих нуклеозидів два препарати, що називаються Ara-A та Ara-C. Лікарі використовують Ara-A для лікування герпетичних інфекцій та Ara-C для лікування гострого мієлоїдного лейкозу та неходжкинської лімфоми.
Протягом останніх років пошук джерел наркотиків з океану пережив пожвавлення інтересу. Нижче ми наводимо кілька останніх прикладів.
Токсини морських равликів
Conus magus це отруйна морська равлик, чий мінімальний розмір і декоративна оболонка вважають її смертоносним набором нейротоксинів.
Марка хімічної зброї цього безхребетного - це конотоксини - дуже мінливе сімейство отрут, які, хоча равлик використовує їх для вбивства риби, більш ніж здатні вбити людину.
Існують сотні інших видів конусоподібних равликів, включаючи географічні конуси. Люди іноді називають цього молюска сигаретною равликом, тому що після енваномації у вас є достатньо часу, щоб викурити сигарету, перш ніж померти.
Зиконотид - це синтетична версія конотоксину, яка діє як знеболюючий засіб і в 1000 разів потужніша за морфін. Люди можуть приймати його для лікування хронічного болю, який виникає внаслідок таких станів, як рак, ВІЛ 3 стадії та певні неврологічні розлади.
Важливо, як пише один автор, «тривале введення зиконотиду не призводить до розвитку звикання або толерантності».
Однак, оскільки зиконотид діє лише в тому випадку, якщо медичні працівники доставляють його безпосередньо в спинномозкову рідину (інтратекально), вони застосовують його лише тоді, коли інші методи лікування не дають результатів або є нежиттєздатними.
Лікування раку з-під хвиль
Незважаючи на багаторічні дослідження, рак все ще є міцним горіхом. Незважаючи на те, що лікування значно покращилось, вчені прагнуть отримати нові біоактивні хімічні речовини, які можуть допомогти у боротьбі. Деякі дослідники раку занурюють пальці в океан.
Зовсім недавно група дослідників досліджувала молекули, які вони видобували з міног - безщелепної, паразитичної риби зі старовинним родоводом. Зокрема, їх цікавили так звані рецептори змінних лімфоцитів (VLR).
VLR націлені на позаклітинний матрикс (ECM), який являє собою мережу молекул, яка проходить між клітинами. ECM виконує різні функції в організмі. Наприклад, він забезпечує структурну підтримку тканин, допомагає клітинам і тканинам зв’язуватися разом, а також сприяє комунікації між клітинами.
Оскільки VLR орієнтовані на ECM, дослідники вважають, що вони можуть служити мулами для наркотиків, які можуть транспортувати хімічні речовини через нормально непроникний гематоенцефалічний бар'єр і прямо в мозок.
Вони теоретизують, що якщо VLR можуть обійти гематоенцефалічний бар’єр - перешкоду для більшості ліків, - вони можуть ефективніше лікувати певні стани, включаючи рак мозку та інсульт. Їх попередня робота на моделі миші дала обнадійливі результати.
Диво губок
Губки представляють особливий інтерес для дослідників наркологічних препаратів. Насправді автори огляду на цю тему навіть називають їх "скарбницею наркотиків". Вони пишуть:
«Щороку з морських губок виділяють близько 5300 різних природних продуктів та нових сполук. […] Такі сполуки виявили антибактеріальну, противірусну, протигрибкову, протималярійну, протипухлинну, імунодепресивну та серцево-судинну активність ".
Губка Halichondria okadai відповідає за виробництво однієї хімічної речовини, яку нотатки повторили та перейменували на ерибулін.
У дослідженні 2010 року, в якому брали участь жінки з раком молочної залози, які метастазували, сполука продовжила тривалість життя учасників. Тоді автор, професор Крістофер Твелвес, зазначив, що, сподіваємось, «ці результати можуть встановити ерибулін як нове, ефективне лікування жінок з пізньою стадією метастатичного раку молочної залози».
Морські бактерії
Інші вчені досліджували сполуку, яка називається сериніхінон Серинокок, рідкісний рід морських бактерій. Вчені показали, що ця хімічна речовина може вибірково знищувати ракові клітини меланоми в лабораторії.
Незважаючи на те, що сериніхінон ще далеко від готовності до використання в організмі людини, дослідження з лютого 2019 року робить нас на крок ближче. Вчені визначили ділянки молекули, які забезпечують її здатність боротися з раком.
Незважаючи на те, що буде потрібно набагато більше хімічної інженерії та великих клінічних випробувань, автори вважають, що "[o] verall, ці дослідження дозволяють припустити, що можливо розробити специфічні для меланоми похідні сериніхінону з властивостями, подібними до наркотиків".
Одним із препаратів, який уже провів першочергові клінічні випробування та зробив його загальновживаним, є трабектедин, відомий під торговою маркою Yondelis. Виробники отримують цей препарат з екстракту Ектенасісцидії, який зазвичай називають морським шприцом, який є мішкоподібним морським безхребетним.
Вперше дослідники виявили протипухлинні властивості екстракту морської бризки наприкінці 1960-х років, і, після детального розслідування, зараз дослідники знайшли спосіб його синтезувати та виробляти у більшій кількості.
Продуктом цієї роботи став "Йонделіс", який зараз має дозвіл на лікування саркоми м'яких тканин у Росії, Європі та Південній Кореї. Вчені також випробовують його для використання проти інших видів раку, включаючи рак передміхурової залози та молочної залози.
Стійкість до антибіотиків
Загроза резистентності до антибіотиків рідко залишає перші місця в свідомості медичних дослідників. Зростаюча кількість патогенів стає непроникним для сучасних антибіотиків. Ця відсутність сприйнятливості робить їх набагато складнішими для лікування і, отже, значно небезпечнішими.
За даними Центрів з контролю та профілактики захворювань (CDC), стійкість до антибіотиків є "однією з найбільших проблем охорони здоров'я нашого часу".
Триває пошук нових сполук, які можуть заповнити зростаючі прогалини, залишені неефективними антибіотиками.
Деякі люди, які виконували цю місію, звернулися до моря, а одна група зосередилася на рибному слизі - глянцевому покритті, яке покриває деякі види.
Ця слиз інтенсивно працює для знищення патогенних мікроорганізмів у морському середовищі, тому деякі вчені задаються питанням, чи може вона також допомогти боротися з наземними патогенами.
Дослідникам з Університету штату Каліфорнія у Фуллертоні та Університету штату Орегон у Корваллісі вдалося виділити 47 різних штамів бактерій зі слизу. Вони вирощували ці бактерії і скорочували їх до хімічного екстракту.
Потім вони протестували цей екстракт проти інших патогенів і виявили, що п’ять штамів бактерій були високоефективними проти метицилінорезистентності Золотистий стафілокок (MRSA), тоді як три були ефективними проти Candida albicans.
Вони представили свої попередні висновки на Національній зустрічі та виставці Американського хімічного товариства навесні 2019 року.
Ще одне дослідження, яке було представлено в Межі в мікробіології, обстежили Laminaria ochroleuca, вид морських водоростей, який є багатим джерелом актинобактерій.
Актинобактерії особливо цікаві дослідникам медицини. Як пояснюють автори дослідження, «біоактивність, про яку повідомляють актинобактеріальні [натуральні продукти], включає антибактеріальну, протигрибкову, протипухлинну, протипухлинну, протизапальну, противірусну, цитотоксичну та імунодепресивну діяльність».
Деякі актинобактеріальні екстракти були ефективними проти C. albicans і S. aureus. Цікаво, що, за словами старшого автора доктора Марії де Фатіми Карвальо, "сім екстрактів пригнічували ріст раку молочної залози і особливо нервових клітин, не маючи ніякого впливу на ракові клітини".
Протигрибкова стійкість
Поряд з проблемою стійкості до антибіотиків паралельно стоїть проблема протигрибкової стійкості: ліки, що вбивають грибки, також втрачають зуби. Деякі сподіваються, що морські губки можуть допомогти.
Наприклад, дослідження показали, що хімічні екстракти з Яспис види губки були ефективні проти C. albicans у моделі миші.
Подібним чином дослідження показало, що еуристероли А і В, два хімічні речовини з губки роду Евриспонгія, «Виявляв протигрибкову активність щодо амфотерицину B-стійкого та штаму дикого типу [C. albicans]. " Вони також вбивали клітини раку товстої кишки людини в лабораторії.
Вчені щороку виявляють в океанах близько 1000 нових сполук. Як пояснює один автор, вони "часто характеризуються структурною новизною, складністю та різноманітністю".
Однак, все ще існує дуже мало сполук морського походження, які відіграють певну роль у лікуванні хвороб. Чому ми не використовуємо більше цих нових хімічних речовин?
Розрив між хімікою та клінікою
По-перше, як і у випадку з будь-яким експериментальним препаратом, існує великий стрибок між культуральним посудом у лабораторії та пацієнтом. На живу істоту наркотики не завжди реагують так, як очікують вчені.
По-друге, багато препаратів мають токсичні побічні ефекти, які роблять їх непридатними для використання. Жодна з цих проблем не є глухим кутом, оскільки фармакологи та хіміки можуть налаштовувати молекули або розробляти подібні хімічні речовини, але це все вимагає багато часу.
Іншим значним питанням є утворення достатньої кількості морських хімічних речовин. Багато видів або не можуть пережити неволі, або потребують надзвичайно специфічних, важких в обслуговуванні середовищ. Знову ж таки, це означає, що вченим потрібно знайти способи відтворення цікавих молекул, що є довгим і складним шляхом.
Розмовляючи з цими питаннями, автори огляду пишуть, що «сила органічного синтезу та лікарської хімії повинна з’явитися». Це технічні, дорогі обручі, через які можна стрибати.
На закінчення, хоча в морях планети існує багато перспектив, багато потенційних шляхів є довгими та звивистими, і швидких перемог не буде.
Поки люди посилюють тиск на морські екосистеми, стурбованість станом здоров’я наших океанів досягає високої температури. Цілком може бути, що потенційні ліки майбутнього зникають, перш ніж вчені зможуть їх зібрати.
