Kodėl mokslininkai vandenyje ieško naujų vaistų
Medicinos tyrinėtojams tęsiant pastangas gerinti žmonių sveikatą, kai kurie atkreipia dėmesį į vandenyną, nes mano, kad Žemės jūrose gali būti nauja chemija, kovojanti su ligomis.
Vandenynai užima daugiau nei du trečdalius Žemės. Laikantis posakio, mes daugiau žinome apie mėnulio paviršių nei apie vandenyno dugną.
Nuo to laiko, kai mes pirmą kartą lankėmės paplūdimyje, jūros gebėjimas pereiti nuo tamsaus, sprogstančio įniršio į ramų, krištolo skaidrumo ramybę kėlė siaubą ir apgaulę.
Atsižvelgiant į didžiulę, neišnaudotą Žemės vandenynų prigimtį, yra prasminga jų gelmes medžioti ieškant naujų ir novatoriškų gydymo būdų.
Jūrų gyvūnai, augalai ir mikrobai sukūrė unikalų cheminių medžiagų asortimentą, kad galėtų apsiginti ir padėti bendrauti. Mokslininkai nori daugiau sužinoti apie šiuos naujus junginius.
Kodėl reikia žiūrėti į jūrą?
Yra keletas priežasčių, kodėl gyvenimas jūroje sukūrė aiškų molekulių pasirinkimą. Pavyzdžiui, gyvūnams, pritvirtintiems prie grindų ir neturintiems šarvų, tokių kaip kempinės ir koralai, reikia ieškoti kitų būdų apsiginti. Daugeliu atvejų chemikalai yra jų pasirinktas ginklas.
Be to, jūrų būtybėms būdinga palyginti primityvi imuninė sistema, o kai kurie gyvena perpildytose buveinėse, pavyzdžiui, koralų rifuose, kur apsiginti yra visą darbo dieną.
Tuo pačiu metu vandenyno organizmai turi pritraukti vienus organizmus, o kitus atstumti. Jie taip pat turi koordinuoti dauginimąsi, sinchronizuodami kiaušinių ir spermos išsiskyrimą į aplinką. Visiems šiems dalykams reikalingos aktyvios biologinės molekulės.
Gyvūnai ir augalai, gyvenantys vandenyne, sėdi ir maudosi bakterijų, grybų ir kitų organizmų vonioje, ketindami paversti juos maistu ar namais.
Ši grėsmių įvairovė privertė evoliuciją rengti vis sudėtingesnes chemines kovas. Kai kurie iš gautų junginių gali būti naudingi mūsų pačių kovai su ligomis.
„Apsvarstykite […] visuotinį jūros kanibalizmą; visi, kurių tvariniai grobia vienas kitą, tęsdami amžinąjį karą nuo pat pasaulio pradžios “.
Hermanas Melvilis, Moby Dickas
Senovės jūros
Medicinos tyrinėtojų susižavėjimas jūra nėra naujiena. Pirmieji įrodymai, kad žmonės vartoja vaistus iš vandenyno, kilę iš Kinijos 2953 m. Imperatoriaus Fu Hsi valdymo laikotarpiu buvo apmokestinamas pelnas, gautas iš žuvų pagamintų vaistų.
Peršokęs kelis tūkstančius metų į 1950-uosius, organinis chemikas, vadinamas Werneriu Bergmannu, išskyrė keletą nukleozidų iš Karibų jūros kempinės rūšies, vadinamos Cryptotethya crypta.
Šios cheminės medžiagos įkvėpė sukurti naujos kartos vaistus, mokslininkams iš šių nukleozidų gavus du vaistus, vadinamus Ara-A ir Ara-C. Gydytojai naudoja Ara-A herpes infekcijoms gydyti, o Ara-C - ūminei mieloidinei leukemijai ir ne Hodžkino limfomai gydyti.
Pastaraisiais metais narkotikų įsigijimas iš vandenyno vėl sulaukė susidomėjimo. Žemiau pateikiame keletą naujausių pavyzdžių.
Jūrų sraigių toksinai
Conus magus yra nuodinga jūros sraigė, kurios mažas dydis ir dekoratyvinis apvalkalas atspindi mirtiną neurotoksinų rinkinį.
Šio bestuburio cheminio ginklo prekės ženklas yra konotoksinai - labai kintanti nuodų šeima, kuri, nors sraigė ir naudoja jas žuvims naikinti, yra daugiau nei pajėgi nužudyti žmogų.
Yra šimtai kitų kūginių sraigių rūšių, įskaitant geografinį kūgį. Žmonės kartais įvardija šį moliuską kaip cigarečių sraigę, nes, sekdami pagarbą, jūs turite pakankamai laiko surūkyti cigaretę tik prieš mirtį.
Zikonotidas yra sintetinė konotoksino versija, veikianti kaip skausmą malšinanti priemonė ir 1000 kartų stipresnė už morfiną. Žmonės gali vartoti lėtinį skausmą, atsirandantį dėl tokių ligų kaip vėžys, 3 ŽIV stadija ir tam tikri neurologiniai sutrikimai.
Svarbu tai, kad, kaip rašo vienas autorius, „ilgai vartojant zikonotidą, neatsiranda priklausomybės ar tolerancijos“.
Tačiau, kadangi zikonotidas veikia tik tuo atveju, jei sveikatos priežiūros specialistai jį patenka tiesiai į stuburo skystį (intratekaliai), jie jį naudoja tik tada, kai kiti gydymo būdai yra nesėkmingi arba nėra perspektyvūs.
Vėžio gydymas iš po bangų
Nepaisant daugelio metų tyrimų, vėžys vis dar įrodo tvirtą riešutą. Nors gydymas žymiai pagerėjo, mokslininkai nori iš naujo įvaldyti naujas bioaktyvias chemines medžiagas, kurios gali padėti kovoje. Kai kurie vėžio tyrinėtojai panardina pirštus į vandenyną.
Visai neseniai mokslininkų grupė tyrė molekules, kurias jie buvo išgaunę iš žiobrių - be žandikaulių, parazitinės žuvys, turinčios senovės kilmę. Visų pirma, juos domino vadinamieji kintančių limfocitų receptoriai (VLR).
VLR nukreipta į tarpląstelinę matricą (ECM), kuri yra molekulių tinklas, einantis tarp ląstelių. ECM atlieka įvairius vaidmenis kūne. Pavyzdžiui, ji teikia struktūrinę paramą audiniams, padeda ląstelėms ir audiniams susirišti ir padeda palaikyti ryšį tarp ląstelių.
Kai VLR nukreipia į ECM, mokslininkai mano, kad jie gali būti vaistų mulai, kurie gali transportuoti chemines medžiagas per paprastai neįveikiamą kraujo ir smegenų barjerą ir tiesiai į smegenis.
Jie teigia, kad jei VLR gali apeiti kraujo ir smegenų barjerą - kliūtį daugeliui vaistų - jie gali veiksmingiau gydyti tam tikras ligas, įskaitant smegenų vėžį ir insultą. Jų išankstinis darbas naudojant pelės modelį davė vilčių teikiančių rezultatų.
Kempinių stebuklas
Kempinės ypač domina vaistų nuo vėžio tyrėjus. Tiesą sakant, apžvalgos šia tema autoriai juos netgi vadina „narkotikų lobių namais“. Jie rašo:
„Kasmet iš jūrinių kempinių buvo išskiriama apie 5300 skirtingų natūralių produktų ir naujų junginių. […] Tokie junginiai pasižymėjo antibakteriniu, antivirusiniu, priešgrybeliniu, antimaliariniu, priešnavikiniu, imunosupresiniu ir širdies bei kraujagyslių aktyvumu “.
Kempinė Halichondrija okadai yra atsakinga už vienos natos cheminės medžiagos, kurią tyrėjai pakartojo ir pervadino į eribuliną, gamybą.
2010 m. Tyrime, kuriame dalyvavo krūties vėžiu sergančios moterys, kurioms buvo metastazių, šis junginys pratęsė dalyvių gyvenimo trukmę. Tuo metu autorius prof. Christopheris Twelvesas pažymėjo, kad, tikiuosi, „šie rezultatai gali nustatyti eribuliną kaip naują, veiksmingą gydymą vėlyvosios stadijos metastazavusiu krūties vėžiu sergančioms moterims“.
Jūrų bakterijos
Kiti mokslininkai ištyrė junginį, vadinamą serinichinonu iš Serinicoccus, reta jūrų bakterijų gentis. Mokslininkai įrodė, kad ši cheminė medžiaga laboratorijoje gali selektyviai sunaikinti melanomos vėžio ląsteles.
Nors seriniquinone dar toli iki paruošimo vartoti žmonėms, 2019 m. Vasario mėn. Atliktas tyrimas mus priartina dar vienu žingsniu. Mokslininkai nustatė molekulės sekcijas, kurios suteikia kovos su vėžiu galias.
Nors reikės dar daug chemijos inžinerijos ir išsamių klinikinių tyrimų, autoriai mano, kad „visi šie tyrimai rodo, kad įmanoma sukurti melanomai būdingus serinichinono darinius, turinčius panašių į vaistus savybių“.
Vienas vaistas, jau atlikęs klinikinių tyrimų pirštinę ir įpratęs jį naudoti, yra trabektedinas, žinomas prekės ženklu „Yondelis“. Gamintojai šį vaistą gauna iš Ecteinascidia, paprastai vadinamas jūros purškalu, kuris yra į maišą panašus jūrų bestuburis.
Tyrėjai pirmą kartą nustatė priešvėžines jūros purškalo ekstrakto savybes 1960-ųjų pabaigoje, o atlikę išsamų tyrimą, mokslininkai dabar rado būdą jį sintetinti ir pagaminti didesniais kiekiais.
„Yondelis“ buvo šio darbo produktas, ir dabar jis turi patvirtinimą gydyti minkštųjų audinių sarkomą Rusijoje, Europoje ir Pietų Korėjoje. Mokslininkai taip pat bando jį naudoti nuo kitų vėžio rūšių, įskaitant prostatos ir krūties vėžį.
Atsparumas antibiotikams
Atsparumo antibiotikams grėsmė retai palieka medicinos tyrėjų galvą. Vis daugiau ligų sukėlėjų tampa nepralaidūs šiuolaikiniams antibiotikams. Dėl šio jautrumo trūkumo juos gydyti yra daug sunkiau, todėl jie yra žymiai pavojingesni.
Ligų kontrolės ir prevencijos centro (CDC) duomenimis, atsparumas antibiotikams yra „vienas didžiausių mūsų laikų visuomenės sveikatos iššūkių“.
Ieškoma naujų junginių, kurie galėtų užpildyti augančias spragas, kurias paliko neveiksmingi antibiotikai.
Kai kurie šios misijos žmonės kreipėsi į jūrą, o viena grupė sutelkė dėmesį į žuvų gleives - kai kurių rūšių dangą dengiančią gloopy dangą.
Ši gleivė sunkiai dirba sunaikindama patogenus jūrų aplinkoje, todėl kai kurie mokslininkai svarsto, ar tai galėtų padėti kovoti ir su antžeminiais patogenais.
Mokslininkams iš Kalifornijos valstijos universiteto Fullertone ir Oregono valstijos universiteto Corvallis pavyko iš gleivių išskirti 47 skirtingas bakterijų padermes. Jie išaugino šias bakterijas ir redukavo jas iki cheminio ekstrakto.
Tada jie ištyrė šį ekstraktą su kitais patogenais ir nustatė, kad penki bakterijų štamai buvo labai veiksmingi prieš atsparius meticilinui. Staphylococcus aureus (MRSA), o trys buvo veiksmingi prieš Candida albicans.
Jie pristatė savo preliminarias išvadas Amerikos chemijos draugijos 2019 m. Pavasario nacionaliniame susitikime ir parodoje.
Kitas tyrimas, kuris buvo pristatytas Mikrobiologijos sienos, išnagrinėjo Laminaria ochroleuca, jūros dumblių rūšis, kuri yra turtingas Actinobacteria šaltinis.
Aktinobakterijos ypač įdomios medicinos tyrinėtojams. Kaip paaiškina tyrimo autoriai, „bioaktyvumas, apie kurį pranešta iš aktinobakterijų [natūralių produktų], apima antibakterinį, priešgrybelinį, priešnavikinį, priešvėžinį, priešuždegiminį, antivirusinį, citotoksinį ir imunosupresinį poveikį“.
Kai kurie aktinobakterijų ekstraktai buvo veiksmingi C. albicans ir S. aureus. Įdomu tai, kad, pasak vyresniosios autorės daktarės Maria de Fátima Carvalho, „septyni ekstraktai slopino krūties ir ypač nervinių ląstelių vėžio augimą, tačiau neturėjo jokio poveikio nevėžinėms ląstelėms“.
Priešgrybelinis atsparumas
Greta atsparumo antibiotikams klausimo yra paralelinė priešgrybelinio atsparumo problema: grybus naikinantys vaistai taip pat praranda dantis. Kai kurie tikisi, kad jūrinės kempinės gali padėti.
Pavyzdžiui, tyrimai parodė, kad cheminiai ekstraktai iš Jaspis rūšių kempinės buvo veiksmingos C. albicans pelės modelyje.
Panašiai atlikus tyrimą nustatyta, kad euristeroliai A ir B yra dvi cheminės medžiagos iš genties kempinės Euryspongia, „Parodė priešgrybelinį poveikį amfotericinui B atspariems ir laukinio tipo [C. albicans]. “ Jie laboratorijoje taip pat nužudė žmogaus storosios žarnos karcinomos ląsteles.
Mokslininkai kasmet vandenynuose atranda apie 1000 naujų junginių. Kaip paaiškina vienas autorius, jiems „dažnai būdingas struktūrinis naujumas, sudėtingumas ir įvairovė“.
Tačiau vis dar yra labai mažai jūrų kilmės junginių, kurie vaidina svarbų vaidmenį gydant ligas. Kodėl nenaudojame daugiau šių naujų cheminių medžiagų?
Tarpas tarp chemikalų ir klinikos
Pirma, kaip ir bet kokio eksperimentinio vaisto atveju, yra didelis šuolis tarp laboratorijoje esančio kultūros indo ir paciento. Gyvame tvarinyje narkotikai ne visada reaguoja taip, kaip tikisi mokslininkai.
Antra, daugelis vaistų turi toksinį šalutinį poveikį, dėl kurio jie negali būti vartojami. Nei viena iš šių problemų nėra aklavietė, nes farmakologai ir chemikai gali pakoreguoti molekules ar sukurti panašias chemines medžiagas, tačiau visa tai užima daug laiko.
Kitas svarbus klausimas yra pakankamo kiekio jūrinių chemikalų gamyba. Daugelis rūšių negali išgyventi nelaisvėje arba reikalauja labai specifinės, sunkiai prižiūrimos aplinkos. Vėlgi, tai reiškia, kad mokslininkai turi rasti būdų, kaip pakartoti dominančias molekules, o tai yra ilgas ir sudėtingas kelias.
Kalbėdami šiais klausimais, apžvalgos autoriai rašo, kad „organinės sintezės ir medicininės chemijos galia turės pasireikšti“. Tai yra techniniai, brangūs ratlankiai, per kuriuos reikia šokinėti.
Apibendrinant galima pasakyti, kad nors planetos jūrose yra daug pažadų, daugelis potencialių kelių yra ilgi ir vingiuoti, o greitų laimėjimų nebus.
Kai žmonės kaupia vis didesnį spaudimą jūrų ekosistemoms, susirūpinimas mūsų vandenynų sveikata tampa karščiavimas. Gali būti, kad potencialūs ateities vaistai nyksta, kol mokslininkai neturi galimybės jų surinkti.
