Kāpēc zinātnieki meklē okeānā jaunas zāles
Medicīnas pētniekiem turpinot centienus uzlabot cilvēku veselību, daži pievērš uzmanību okeānam, jo uzskata, ka Zemes jūrās varētu būt jauna ķīmija, kas apkaro slimības.
Okeāni aizņem vairāk nekā divas trešdaļas Zemes. Runājot par vārdu, mēs zinām vairāk par Mēness virsmu nekā par okeāna dibenu.
Jūras spēja pāriet no tumšās, sprādzienbīstamās dusmas uz rāmo, kristāldzidro mierīgumu ir šausminājusi un pievīlusi cilvēci kopš mēs pirmo reizi apmeklējām pludmali.
Ņemot vērā milzīgo, neizmantoto Zemes okeānu dabu, ir lietderīgi to dziļumus meklēt jaunu un novatorisku ārstēšanu meklējumos.
Jūras dzīvnieki, augi un mikrobi ir izstrādājuši unikālu ķīmisko vielu portfeli, lai sevi aizstāvētu un palīdzētu saziņai. Zinātnieki vēlas uzzināt vairāk par šiem jaunajiem savienojumiem.
Kāpēc skatīties uz jūru?
Ir vairāki iemesli, kāpēc dzīve jūrā ir izveidojusi atšķirīgu molekulu izvēli. Piemēram, dzīvniekiem, kas ir noenkuroti uz grīdas un kuriem nav bruņu apšuvuma, piemēram, sūkļiem un koraļļiem, jāatrod citi veidi, kā sevi aizstāvēt. Daudzos gadījumos ķīmiskās vielas ir viņu izvēlētais ierocis.
Turklāt jūras radībām parasti ir salīdzinoši primitīva imūnsistēma, un dažas no tām dzīvo pārpildītos biotopos, piemēram, koraļļu rifos, kur sevi aizstāvēt ir pilnas slodzes darbs.
Tajā pašā laikā organismiem okeānā ir jāpiesaista daži organismi, bet citi jāatbaida. Viņiem arī jākoordinē reprodukcija, sinhronizējot olšūnu un spermas izdalīšanos vidē. Visām šīm lietām nepieciešamas aktīvas bioloģiskās molekulas.
Dzīvnieki un augi, kas dzīvo okeānā, sēž un peldas baktēriju, sēnīšu un citu organismu vannā, kas vēlas tos pārvērst par maltīti vai mājām.
Šī draudu daudzveidība ir piespiedusi evolūciju sarīkot arvien sarežģītākas ķīmiskās cīņas. Daži no iegūtajiem savienojumiem varētu būt noderīgi mūsu pašu karam pret slimībām.
“Apsveriet […] jūras universālo kanibālismu; visi, kuru radības laupās viens otru, turpinot mūžīgo karu kopš pasaules sākuma. ”
Hermans Melvils, Mobijs Diks
Senās jūras
Medicīnas pētnieku aizraušanās ar jūru nav nekas jauns. Pirmie pierādījumi par to, ka cilvēki lieto zāles no okeāna, nāk no Ķīnas 2953. gadā p.m.ē. Imperatora Fu Hsi laikā valdīja nodoklis par peļņu, kas gūta no zivīm iegūtas zāles.
Pāris tūkstoš gadu uz priekšu, sākot ar 1950. gadiem, organiskais ķīmiķis, vārdā Verners Bergmans, izolēja vairākus nukleozīdus no Karību jūras sugas sūklīša, Cryptotethya crypta.
Šīs ķīmiskās vielas iedvesmoja jaunas paaudzes zāļu radīšanu, zinātniekiem no šiem nukleozīdiem iegūstot divas zāles, ko sauc par Ara-A un Ara-C. Ārsti izmanto Ara-A herpes infekciju ārstēšanai un Ara-C akūtas mieloīdo leikēmijas un ne-Hodžkina limfomas ārstēšanai.
Pēdējo gadu laikā narkotiku iegūšana no okeāna ir atkārtoti izraisījusi interesi. Zemāk mēs sniegsim dažus nesenos piemērus.
Jūras gliemežu toksīni
Conus magus ir indīgs jūras gliemezis, kura mazais izmērs un dekoratīvais apvalks pierāda tā nāvējošo neirotoksīnu komplektu.
Šī bezmugurkaulnieka ķīmisko ieroču zīmols ir konotoksīni - ļoti mainīga indīgu saime, kas, kaut arī gliemezis tos izmanto zivju nogalināšanai, vairāk nekā spēj nogalināt cilvēku.
Ir simtiem citu čiekuru gliemežu sugu, ieskaitot ģeogrāfisko konusu. Cilvēki dažreiz šo mīkstmieti dēvē par cigarešu gliemezi, jo, sekojot ērtībai, jums ir pietiekami daudz laika, lai smēķētu cigareti tikai pirms nāves.
Zikonotīds ir sintētiska konotoksīna versija, kas darbojas kā sāpju mazināšanas līdzeklis un ir 1000 reižu spēcīgāka nekā morfīns. Cilvēki to var lietot, lai ārstētu hroniskas sāpes, kas rodas tādu slimību dēļ kā vēzis, HIV 3. stadija un noteikti neiroloģiski traucējumi.
Svarīgi, kā raksta viens autors, “ilgstoša zikonotīda lietošana neizraisa atkarības vai tolerances attīstību”.
Tomēr, tā kā zikonotīds darbojas tikai tad, ja veselības aprūpes speciālisti to ievada tieši mugurkaula šķidrumā (intratekāli), viņi to lieto tikai tad, ja citas terapijas ir bijušas neveiksmīgas vai nav dzīvotspējīgas.
Vēža ārstēšana no viļņiem
Neskatoties uz vairāku gadu pētījumiem, vēzis joprojām ir grūts rieksts. Neskatoties uz to, ka ārstēšana ir ievērojami uzlabojusies, zinātnieki vēlas iegūt jaunas bioaktīvas ķīmiskas vielas, kas varētu palīdzēt cīņā. Daži vēža pētnieki iegremdē pirkstus okeānā.
Pavisam nesen pētnieku grupa pētīja molekulas, kuras viņi bija ieguvuši no nēģiem - bez žokļa, parazitārām zivīm ar senu ciltsrakstu. Jo īpaši viņus interesēja tā sauktie mainīgo limfocītu receptori (VLR).
VLR ir vērsti uz ārpusšūnu matricu (ECM), kas ir molekulu tīkls, kas darbojas starp šūnām. ECM veic dažādas lomas ķermenī. Piemēram, tas nodrošina strukturālu atbalstu audiem, palīdz šūnām un audiem sasaistīties un palīdz sazināties starp šūnām.
Tā kā VLR ir vērsti uz ECM, pētnieki uzskata, ka tie varētu kalpot kā zāļu mūļi, kas var transportēt ķīmiskās vielas caur parasti necaurredzamo asins-smadzeņu barjeru un tieši uz smadzenēm.
Viņi teorē, ka, ja VLR var apiet asins-smadzeņu barjeru - šķērsli lielākajai daļai narkotiku -, iespējams, viņi varēs efektīvāk ārstēt noteiktus apstākļus, tostarp smadzeņu vēzi un insultu. Viņu iepriekšējais darbs peles modelī deva uzmundrinošus rezultātus.
Brīnums no sūkļiem
Sūkļi īpaši interesē vēža zāļu pētniekus. Patiesībā pārskata par šo tēmu autori tos pat dēvē par “narkotiku dārgumu namu”. Viņi raksta:
“Katru gadu no jūras sūkļiem tiek izolēti apmēram 5300 dažādi dabīgi produkti un jauni savienojumi. […] Šādiem savienojumiem ir antibakteriāla, pretvīrusu, pretsēnīšu, pretmalārijas, pretaudzēju, imūnsupresīvu un kardiovaskulāru aktivitāte. ”
Sūklis Halichondria okadai ir atbildīgs par vienas piezīmes ķīmiskās vielas ražošanu, kuru pētnieki atkārtoja un pārdēvēja par eribulīnu.
2010. gada pētījumā, kurā piedalījās sievietes ar krūts vēzi, kurai bija metastāzes, savienojums pagarināja dalībnieku dzīves ilgumu. Tajā laikā autors prof. Christopher Twelves atzīmēja, ka, cerams, "šie rezultāti var noteikt eribulīnu kā jaunu, efektīvu ārstēšanu sievietēm ar vēzi vēlīnā stadijā ar metastātisku krūts vēzi."
Jūras baktērijas
Citi zinātnieki ir pārbaudījuši savienojumu ar nosaukumu seriniquinone from Serinicoccus, reta jūras baktēriju ģints. Zinātnieki ir pierādījuši, ka šī ķīmiskā viela laboratorijā var selektīvi iznīcināt melanomas vēža šūnas.
Lai gan serinihinons ir tāls ceļš līdz gatavībai lietošanai cilvēkiem, 2019. gada februāra pētījums ved mūs soli tuvāk. Zinātnieki identificēja molekulas sekcijas, kas nodrošina tās vēža apkarošanas spējas.
Lai gan būs nepieciešams daudz vairāk ķīmijas tehnoloģiju un plašu klīnisko pētījumu, autori uzskata, ka "[visi] šie pētījumi liecina, ka ir iespējams izstrādāt melanomai specifiskus serinihinona atvasinājumus ar zālēm līdzīgām īpašībām."
Viena no narkotikām, kas jau ir veikusi klīnisko pētījumu izpausmi un ir kļuvusi parastai lietošanai, ir trabektedīns, kas pazīstams ar zīmolu Yondelis. Ražotāji šo narkotiku iegūst no ekstrakta Ecteinascidia, ko parasti sauc par jūras strūkli, kas ir maisiņveidīgs jūras bezmugurkaulnieks.
Pētnieki pirmo reizi atklāja jūras strūklas ekstrakta pretvēža īpašības 60. gadu beigās, un pēc plašas izpētes pētnieki tagad ir atraduši veidu, kā to sintezēt un ražot lielākos daudzumos.
Yondelis bija šī darba rezultāts, un tagad tam ir apstiprinājums mīksto audu sarkomas ārstēšanai Krievijā, Eiropā un Dienvidkorejā. Zinātnieki to izmēģina arī lietošanai pret citiem vēža veidiem, ieskaitot prostatas un krūts vēzi.
Antibiotiku rezistence
Antibiotiku rezistences draudi reti atstāj medicīnas pētnieku priekšplānā. Arvien vairāk patogēnu kļūst necaurlaidīgi mūsdienu antibiotikām. Šis uzņēmības trūkums padara viņus daudz grūtāk ārstējamus un tāpēc ievērojami bīstamākus.
Saskaņā ar Slimību kontroles un profilakses centra (CDC) datiem, rezistence pret antibiotikām ir “viena no lielākajām mūsdienu sabiedrības problēmām”.
Tiek meklēti jauni savienojumi, kas var aizpildīt pieaugošās nepilnības, kuras atstājušas neefektīvas antibiotikas.
Daži cilvēki šajā misijā ir pievērsušies jūrai, un viena grupa ir koncentrējusies uz zivju gļotām - gloopy pārklājumu, kas pārklāj dažas sugas.
Šī gļota smagi strādā, lai iznīcinātu patogēnus jūras vidē, tāpēc daži zinātnieki domā, vai tas varētu palīdzēt apkarot arī sauszemes patogēnus.
Pētniekiem no Kalifornijas štata universitātes Fullertonā un Oregonas štata universitātes Korvalisā no gļotām izdevās izolēt 47 atšķirīgus baktēriju celmus. Viņi audzēja šīs baktērijas un reducēja līdz ķīmiskam ekstraktam.
Pēc tam viņi pārbaudīja šo ekstraktu pret citiem patogēniem un atklāja, ka pieci no baktēriju celmiem bija ļoti efektīvi pret meticilīnu rezistentiem Staphylococcus aureus (MRSA), bet trīs bija efektīvi pret Candida albicans.
Viņi iepazīstināja ar saviem provizoriskajiem atklājumiem Amerikas Ķīmijas biedrības 2019. gada pavasara nacionālajā sanāksmē un izstādē.
Vēl viens pētījums, kas tika parādīts Mikrobioloģijas robežas, pārbaudīts Laminaria ochroleuca, jūras aļģu suga, kas, iespējams, ir bagātīgs Actinobacteria avots.
Aktinobaktērijas ir īpaši interesantas medicīnas pētniekiem. Kā skaidro pētījuma autori, "bioaktivitātes, par kurām ziņots no aktinobaktēriju [dabīgiem produktiem], ietver antibakteriālas, pretsēnīšu, pretaudzēju, pretvēža, pretiekaisuma, pretvīrusu, citotoksiskas un imūnsupresīvas aktivitātes."
Daži no aktinobaktēriju ekstraktiem bija efektīvi C. albicans un S. aureus. Interesanti, ka saskaņā ar vecākā autora Dr. Maria de Fátima Carvalho teikto "septiņi no ekstraktiem kavēja krūts un it īpaši nervu šūnu vēža augšanu, vienlaikus neietekmējot nevēža šūnas".
Pretsēnīšu rezistence
Paralēli antibiotiku rezistences problēmai ir paralēla pretsēnīšu rezistences problēma: arī zāles, kas iznīcina sēnītes, zaudē zobus. Daži cer, ka jūras sūkļi varētu palīdzēt.
Piemēram, pētījumi parādīja, ka ķīmiskie ekstrakti no Jaspis sūklis bija efektīvs C. albicans peles modelī.
Līdzīgi pētījums atklāja, ka euristeroli A un B ir divas ķimikālijas no ģints sūkļa Euryspongia, “Parādīja pretsēnīšu aktivitāti pret amfotericīnam B rezistentiem un savvaļas [C. albicans]. ” Viņi laboratorijā nogalināja arī cilvēka resnās zarnas karcinomas šūnas.
Zinātnieki katru gadu okeānos atklāj apmēram 1000 jaunus savienojumus. Kā paskaidro viens autors, viņiem "bieži raksturīgs strukturāls jaunums, sarežģītība un daudzveidība".
Tomēr joprojām ir ļoti maz jūras izcelsmes savienojumu, kas spēlē lomu slimību ārstēšanā. Kāpēc mēs neizmantojam vairāk šo jauno ķīmisko vielu?
Plaisa starp ķīmisko vielu un klīniku
Pirmkārt, tāpat kā ar visām eksperimentālajām zālēm, ir liels lēciens starp kultūras trauku laboratorijā un pacientu. Dzīvā radībā narkotikas ne vienmēr reaģē tā, kā zinātnieki sagaida.
Otrkārt, daudzām zālēm ir toksiskas blakusparādības, kas padara tās nelietojamas. Neviena no šīm problēmām nav strupceļš, jo farmakologi un ķīmiķi var pielāgot molekulas vai izstrādāt līdzīgas ķīmiskas vielas, taču tas viss prasa daudz laika.
Vēl viena ievērojama problēma ir pietiekama daudzuma jūras izcelsmes ķīmisko vielu radīšana. Daudzas sugas vai nu nespēj izdzīvot nebrīvē, vai arī tām nepieciešama ļoti specifiska, grūti uzturama vide. Tas atkal nozīmē, ka zinātniekiem jāatrod veidi, kā atkārtot interesējošās molekulas, kas ir garš un sarežģīts ceļš.
Runājot par šiem jautājumiem, pārskata autori raksta, ka "būs jāpiešķir organiskās sintēzes un medicīniskās ķīmijas spēks". Tie ir tehniski dārgi loki, no kuriem izlēkt.
Visbeidzot, lai gan šķiet, ka planētas jūrās ir daudz solījumu, daudzi potenciālie ceļi ir gari un līkumaini, un ātru uzvaru nebūs.
Cilvēkiem palielinoties spiedienam uz jūras ekosistēmām, bažas par mūsu okeānu veselību sasniedz drudzi. Var gadīties, ka potenciālie nākotnes medikamenti izzūd, pirms zinātniekiem ir iespēja tos novākt.
