Proč vědci hledají v oceánu nové drogy
Zatímco lékaři pokračují ve svém úsilí o zlepšení lidského zdraví, někteří obracejí pozornost k oceánu, protože věří, že v zemských mořích by se mohla skrývat nová chemie bojující proti chorobám.
Oceány pokrývají více než dvě třetiny Země. Jak se říká, víme víc o povrchu měsíce než o dně oceánu.
Schopnost moře přejít z temného, výbušného vzteku do klidného, křišťálově čistého klidu vyděsila a okouzlila lidstvo od chvíle, kdy jsme pláž navštívili poprvé.
Vzhledem k rozsáhlé nevyužité povaze pozemských oceánů má smysl hloubit v hloubce hledání nových a inovativních způsobů léčby.
Mořští živočichové, rostliny a mikroby vyvinuli jedinečné portfolio chemikálií, které se brání a usnadňují komunikaci. Vědci se chtějí o těchto nových sloučeninách dozvědět více.
Proč se dívat na moře?
Existuje řada důvodů, proč život v moři vyvinul zřetelný výběr molekul. Například zvířata, která jsou ukotvena k podlaze a nemají pancéřování, jako jsou houby a korály, musí najít jiné způsoby, jak se bránit. V mnoha případech jsou jejich zbraní volby chemikálie.
Navíc mořští tvorové mají tendenci mít relativně primitivní imunitní systém a někteří žijí v přeplněných stanovištích, jako jsou korálové útesy, kde se bránit je práce na plný úvazek.
Současně musí organismy v oceánu přilákat některé organismy a odpudit ostatní. Rovněž musí koordinovat reprodukci synchronizací uvolňování vajíček a spermií do prostředí. Všechny tyto věci vyžadují aktivní biologické molekuly.
Zvířata a rostliny, které přebývají v oceánu, sedí a plavou v lázni bakterií, hub a jiných organismů, jejichž záměrem je proměnit je v jídlo nebo domov.
Tato rozmanitost hrozeb přinutila evoluci vést stále složitější chemické bitvy. Některé z výsledných sloučenin mohou být užitečné pro naši vlastní válku proti nemocem.
"Zvažte [...] univerzální kanibalismus moře; všichni, jejichž stvoření se navzájem živí a vedou věčnou válku od začátku světa. “
Herman Melville, Moby Dick
Starověké moře
Fascinace lékařských vědců mořem není nic nového. První důkazy o tom, že lidé užívají léky z oceánu, pocházejí z Číny v roce 2953 př. N. L. Za vlády císaře Fu Hsi existovala daň ze zisků, které pocházely z medicíny pocházející z ryb.
Skočením vpřed o několik tisíc let do padesátých let izoloval organický chemik Werner Bergmann řadu nukleosidů z karibského druhu houby zvané Cryptotethya crypta.
Tyto chemikálie inspirovaly vznik nové generace léků, přičemž vědci z těchto nukleosidů odvodili dva léky zvané Ara-A a Ara-C. Lékaři používají Ara-A k léčbě herpetických infekcí a Ara-C k léčbě akutní myeloidní leukémie a non-Hodgkinova lymfomu.
V posledních letech došlo k obnovení zájmu o získávání drog z oceánu. Níže uvádíme několik nedávných příkladů.
Toxiny mořských šneků
Conus magus je jedovatý mořský šnek, jehož malá velikost a dekorativní skořápka věří ve smrtící sadu neurotoxinů.
Značkou chemických zbraní tohoto bezobratlého jsou konotoxiny - vysoce variabilní rodina jedů, které, i když je hlemýžď používá k zabíjení ryb, jsou více než schopné zabít člověka.
Existují stovky dalších druhů šneků, včetně zeměpisného kužele. Lidé někdy tento měkkýš nazývají cigaretovým šnekem, protože po zničení máte jen dost času na vykouření cigarety, než zemřete.
Zikonotid je syntetická verze konotoxinu, který působí jako lék proti bolesti a je 1 000krát účinnější než morfin. Lidé ji mohou užívat k léčbě chronické bolesti, která je výsledkem stavů, jako je rakovina, 3. stupeň HIV a některé neurologické poruchy.
Důležité je, jak píše jeden autor, že „prodloužené podávání zikonotidu nevede k rozvoji závislosti nebo tolerance.“
Protože však zikonotid působí pouze v případě, že jej zdravotničtí pracovníci dopraví přímo do míchy (intratekálně), používají jej pouze v případě, že jiná léčba selhala nebo není životaschopná.
Léčba rakoviny zpod vln
I přes roky výzkumu se rakovina stále ukazuje jako těžký oříšek. Ačkoli se léčba výrazně zlepšila, vědci se snaží získat do rukou nové bioaktivní chemikálie, které by mohly v boji pomoci. Někteří vědci zabývající se rakovinou si namáčejí prsty v oceánu.
V poslední době skupina vědců zkoumala molekuly, které extrahovali z lampreys - parazitické ryby bez čelistí se starodávným rodokmenem. Zejména se zajímali o takzvané variabilní receptory lymfocytů (VLR).
VLR se zaměřují na extracelulární matrici (ECM), což je síť molekul, které běží mezi buňkami. ECM plní v těle různé role. Například poskytuje strukturální podporu pro tkáně, pomáhá buňkám a tkáním se spojit a pomáhá při komunikaci mezi buňkami.
Jelikož se VLR zaměřují na ECM, vědci se domnívají, že by mohli sloužit jako muly léků, které mohou transportovat chemikálie normálně neproniknutelnou hematoencefalickou bariérou a přímo do mozku.
Domnívají se, že pokud VLR mohou obejít hematoencefalickou bariéru - překážku většiny léků -, mohou být schopny účinněji léčit určité stavy, včetně rakoviny mozku a cévní mozkové příhody. Jejich předběžná práce na modelu myši přinesla povzbudivé výsledky.
Zázrak hub
Houby jsou obzvláště zajímavé pro výzkumníky drog. Autoři recenze na toto téma ve skutečnosti o nich dokonce mluví jako o „drogové pokladně“. Oni píší:
"Každý rok bylo z mořských hub získáno přibližně 5300 různých přírodních produktů a nových sloučenin." […] Ukázalo se, že takové sloučeniny mají antibakteriální, antivirovou, protiplísňovou, antimalarickou, protinádorovou, imunosupresivní a kardiovaskulární aktivitu. “
Houba Halichondria okadai je zodpovědný za výrobu jedné chemické látky, kterou vědci replikovali a přejmenovali na eribulin.
Ve studii z roku 2010 zahrnující ženy s rakovinou prsu, které metastázovaly, sloučenina prodloužila životnost účastníků. V té době autor profesor Christopher Twelves poznamenal, že doufejme, že „[tyto] výsledky mohou stanovit eribulin jako novou účinnou léčbu žen s metastatickým karcinomem prsu v pozdním stadiu“.
Mořské bakterie
Jiní vědci zkoumali sloučeninu zvanou serinichinon Serinicoccus, vzácný rod mořských bakterií. Vědci prokázali, že tato chemická látka může v laboratoři selektivně ničit buňky rakoviny melanomu.
Ačkoli je seriniquinon daleko od toho, aby byl připraven k použití u lidí, studie z února 2019 nás posune o krok blíž. Vědci identifikovali úseky molekuly, které poskytují její schopnosti bojovat proti rakovině.
Přestože bude zapotřebí mnohem více chemického inženýrství a rozsáhlých klinických studií, autoři se domnívají, že „[obecně] tyto studie naznačují, že je možné navrhnout melanomově specifické deriváty serinichinonu s vlastnostmi podobnými lékům.“
Jedním z léků, které již získaly klinické hodnocení a dostaly se do běžného užívání, je trabektedin, známý pod značkou Yondelis. Výrobci odvozují tento lék z extraktu z Ecteinascidia, běžně nazývaný mořská stříkačka, což je mořský bezobratlý jako vak.
Vědci poprvé identifikovali protirakovinné vlastnosti extraktu z mořské stříkačky koncem šedesátých let a po rozsáhlém výzkumu vědci nyní našli způsob, jak jej syntetizovat a produkovat ve větším množství.
Yondelis byl produktem této práce a nyní má schválení k léčbě sarkomu měkkých tkání v Rusku, Evropě a Jižní Koreji. Vědci také testují jeho použití proti jiným druhům rakoviny, včetně rakoviny prostaty a prsu.
Odolnost proti antibiotikům
Hrozba rezistence na antibiotika zřídka opouští přední místa v myslích lékařských vědců. Rostoucí počet patogenů se stává pro moderní antibiotika nepropustnými. Tento nedostatek náchylnosti je činí mnohem náročnějšími na léčbu, a proto jsou podstatně nebezpečnější.
Podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) je rezistence na antibiotika „jednou z největších výzev veřejného zdraví naší doby“.
Hledají se nové sloučeniny, které by mohly vyplnit rostoucí mezery, které neúčinná antibiotika zanechala.
Někteří lidé na této misi se obrátili k moři a jedna skupina se zaměřila na rybí sliz - chraplavý povlak, který pokrývá některé druhy.
Tento sliz tvrdě pracuje na ničení patogenů v mořském prostředí, takže někteří vědci uvažují o tom, zda by mohl pomoci také v boji proti suchozemským patogenům.
Vědcům z Kalifornské státní univerzity ve Fullertonu a Oregonské státní univerzity v Corvallisu se podařilo izolovat 47 odlišných kmenů bakterií z hlenu. Pěstovali tyto bakterie a redukovali je na chemický extrakt.
Dále testovali tento extrakt proti jiným patogenům a zjistili, že pět bakteriálních kmenů bylo vysoce účinných proti methicilinu rezistentním Staphylococcus aureus (MRSA), zatímco tři byli proti Candida albicans.
Prezentovali svá předběžná zjištění na Národním setkání a výstavě Americké chemické společnosti na jaře 2019.
Další studie, která byla uvedena v Hranice v mikrobiologii, zkoumány Laminaria ochroleuca, druh mořských řas, který je bohatým zdrojem aktinobakterií.
Aktinobakterie jsou zvláště zajímavé pro lékařské vědce. Jak vysvětlují autoři studie, „biologické aktivity uváděné z aktinobakteriálních [přírodních produktů] zahrnují antibakteriální, antifungální, protinádorové, protirakovinné, protizánětlivé, antivirové, cytotoxické a imunosupresivní aktivity.“
Některé z aktinobakteriálních extraktů byly účinné proti C. albicans a S. aureus. Je zajímavé, že podle hlavní autorky Dr. Maria de Fátima Carvalho „sedm z extraktů inhibovalo růst rakoviny prsu a zejména rakoviny nervových buněk, aniž by mělo účinek na nerakovinové buňky.“
Antifungální rezistence
Vedle problému rezistence na antibiotika je souběžný problém antimykotické rezistence: zuby také ztrácejí léky, které ničí houby. Někteří doufají, že mořské houby mohou pomoci.
Například výzkum ukázal, že chemické extrakty z Jaspis druhy hub byly účinné proti C. albicans v modelu myši.
Podobně studie zjistila, že eurysteroly A a B, dvě chemikálie z houby rodu Euryspongia, „Vykazovaly antifungální aktivitu proti amfotericinu B rezistentním a kmenům divokého typu [C. albicans]. “ V laboratoři také zabíjeli buňky lidského karcinomu tlustého střeva.
Vědci každý rok objevují v oceánech přibližně 1 000 nových sloučenin. Jak vysvětluje jeden autor, „jsou často charakterizováni strukturální novostí, složitostí a rozmanitostí“.
V léčbě nemocí však stále hraje roli jen velmi málo sloučenin pocházejících z moře. Proč nepoužíváme více těchto nových chemikálií?
Rozdíl mezi chemickou látkou a klinikou
Zaprvé, jako u každého experimentálního léčiva, mezi kultivační miskou v laboratoři a pacientem dochází k velkému skoku. U živého tvora drogy ne vždy reagují tak, jak to vědci očekávají.
Zadruhé, mnoho léků má toxické vedlejší účinky, díky nimž jsou nepoužitelné. Ani jeden z těchto problémů není slepá ulička, protože farmakologové a chemici mohou upravovat molekuly nebo navrhovat podobné chemikálie, ale to je vše časově náročné.
Dalším významným problémem je vytváření dostatečného množství mořských chemikálií. Mnoho druhů buď nemůže přežít v zajetí, nebo vyžaduje vysoce specifická a obtížně udržovatelná prostředí. To opět znamená, že vědci musí najít způsoby, jak replikovat sledované molekuly, což je dlouhá a komplikovaná cesta.
V rozhovoru o těchto otázkách autoři recenze píšou, že „síla organické syntézy a léčivé chemie bude muset být využita.“ Jedná se o technické, drahé obruče, přes které musíte skočit.
Závěrem lze říci, že i když se zdá, že v mořích planety existuje mnoho příslibů, mnoho možných cest je dlouhých a klikatých a žádné rychlé vítězství nebude.
Jak lidé hromadí rostoucí tlak na mořské ekosystémy, obavy o zdraví našich oceánů dosahují horečky. Může se stát, že potenciální léky budoucnosti mizí, než budou mít vědci šanci je sklízet.
