Zašto znanstvenici u oceanu traže nove lijekove
Dok medicinski istraživači nastavljaju s naporima za poboljšanje ljudskog zdravlja, neki usmjeravaju pažnju na ocean jer vjeruju da bi Zemljina mora mogla sadržavati novu kemiju koja se bori protiv bolesti.
Okeani prekrivaju više od dvije trećine Zemlje. Kako se kaže, o mjesečevoj površini znamo više nego o dnu oceana.
Sposobnost mora da prijeđe iz mračnog, eksplozivnog bijesa u spokojnu, kristalno čistu smirenost prestrašila je i zbunila čovječanstvo otkako smo prvi put posjetili plažu.
S obzirom na ogromnu, neiskorištenu prirodu Zemljinih oceana, ima smisla zaobići njihove dubine u lovu na nove i inovativne tretmane.
Morske životinje, biljke i mikrobi razvili su jedinstveni portfelj kemikalija kako bi se obranili i pomogli komunikaciji. Znanstvenici žele znati više o tim novim spojevima.
Zašto gledati na more?
Brojni su razlozi zašto je život u moru razvio poseban odabir molekula. Na primjer, životinje koje su usidrene za pod i nemaju oklop, poput spužvi i koralja, moraju pronaći druge načine kako se obraniti. U mnogim su slučajevima kemikalije njihovo oružje koje odabiru.
Uz to, morska bića imaju relativno primitivan imunološki sustav, a neka žive u prenapučenim staništima, poput koraljnih grebena, gdje je obrana posao s punim radnim vremenom.
Istodobno, organizmi u oceanu trebaju privući neke organizme, a druge odbiti. Također trebaju koordinirati reprodukciju sinkroniziranjem ispuštanja jajašaca i sperme u okoliš. Sve ove stvari zahtijevaju aktivne biološke molekule.
Životinje i biljke koje žive u oceanu sjede i plivaju u kadi s bakterijama, gljivicama i drugim organizmima s namjerom da ih pretvore u obrok ili dom.
Ova raznolikost prijetnji prisilila je evoluciju na sve složenije kemijske bitke. Neki od nastalih spojeva mogu biti korisni za vlastiti rat protiv bolesti.
„Razmislite o […] univerzalnom kanibalizmu mora; sva čija stvorenja plijene jedno drugo, vodeći vječni rat otkad je svijeta. "
Herman Melville, Moby Dick
Drevna mora
Fascinacija medicinskih istraživača morem nije ništa novo. Prvi dokazi da je čovjek koristio lijekove iz oceana potječu iz Kine 2953 pne. Tijekom vladavine cara Fu Hsija postojao je porez na dobit koja je dolazila od lijekova dobivenih iz ribe.
Skočivši naprijed nekoliko tisuća godina do pedesetih godina prošlog stoljeća, organski kemičar Werner Bergmann izolirao je niz nukleozida iz karipske vrste spužve tzv. Cryptotethya crypta.
Te su kemikalije nadahnule stvaranje nove generacije lijekova, a znanstvenici su iz tih nukleozida izveli dva lijeka nazvana Ara-A i Ara-C. Liječnici koriste Ara-A za liječenje herpeskih infekcija, a Ara-C za liječenje akutne mijeloične leukemije i ne-Hodgkinovog limfoma.
Tijekom posljednjih godina potraga za drogama iz oceana ponovno je pobudila zanimanje. U nastavku donosimo nekoliko nedavnih primjera.
Otrovi morskih puževa
Conus magus otrovni je morski puž čija je manja veličina i ukrasna ljuska vjerovala u svoj smrtonosni niz neurotoksina.
Kemijsko oružje ovog beskralježnjaka su konotoksini - vrlo varijabilna obitelj otrova koja je, iako ih puž koristi za ubijanje ribe, više nego sposobna ubiti čovjeka.
Postoje stotine drugih vrsta puževa u obliku konusa, uključujući i stožac iz geografije. Ljudi ovog mekušca ponekad nazivaju pužem od cigarete, jer nakon envenomacije imate samo dovoljno vremena da popušite cigaretu prije nego što umrete.
Ziconotide je sintetička verzija konotoksina koja djeluje kao sredstvo za ublažavanje boli i 1000 puta je snažnija od morfija. Ljudi ga mogu uzimati za liječenje kronične boli koja je posljedica stanja poput raka, HIV-a u fazi 3 i određenih neuroloških poremećaja.
Važno je, kako jedan autor piše, „dugotrajna primjena zikonotida ne dovodi do razvoja ovisnosti ili tolerancije“.
Međutim, budući da zikonotid djeluje samo ako ga zdravstveni radnici unose izravno u kičmenu tekućinu (intratekalno), oni ga koriste samo kada druge terapije ne uspiju ili nisu održive.
Tretmani raka ispod valova
Unatoč godinama istraživanja, rak se i dalje pokazuje kao tvrd orah. Iako se liječenje znatno popravilo, znanstvenici žele doći do novih bioaktivnih kemikalija koje bi mogle pomoći u borbi. Neki istraživači raka umaču nožne prste u ocean.
Nedavno je skupina istraživača istraživala molekule koje su izvadili iz morskih svjetiljki - parazitskih riba bez čeljusti s drevnim rodovnikom. Konkretno, zanimali su ih takozvani varijabilni receptori limfocita (VLR).
VLR-ovi ciljaju na izvanstanični matriks (ECM), koji je mreža molekula koja prolazi između stanica. ECM ima različite uloge u tijelu. Na primjer, pruža strukturnu potporu tkivima, pomaže stanicama i tkivima da se povežu i pomaže u komunikaciji stanica-stanica.
Dok su VLR-ovi usmjereni na ECM, istraživači vjeruju da bi mogli poslužiti kao mazge za droge koje mogu transportirati kemikalije kroz normalno neprobojnu krvno-moždanu barijeru i ravno u mozak.
Oni teoretiziraju da će, ako VLR-ovi mogu zaobići krvno-moždanu barijeru - prepreku većini lijekova - možda uspješnije liječiti određena stanja, uključujući rak mozga i moždani udar. Njihov preliminarni rad na modelu miša dao je ohrabrujuće rezultate.
Čudo spužvama
Spužve su od posebnog interesa za istraživače lijekova protiv raka. Zapravo, autori pregleda na tu temu čak ih nazivaju i „kućom blaga s drogama“. Pišu:
“Svake godine iz morskih spužvi izolirano je oko 5300 različitih prirodnih proizvoda i novih spojeva. […] Takvi se spojevi pokazali antibakterijskim, antivirusnim, antifungalnim, antimalarijskim, antitumorskim, imunosupresivnim i kardiovaskularnim djelovanjem. "
Spužva Halichondria okadai odgovoran je za proizvodnju jedne kemikalije od note, koju su istraživači replicirali i preimenovali u eribulin.
U studiji iz 2010. godine koja je uključivala žene s rakom dojke koje su metastazirale, spoj je produžio životni vijek sudionika. U to je vrijeme autor prof. Christopher Twelves primijetio da, nadam se, „ovi rezultati mogu uspostaviti eribulin kao novi, učinkovit tretman za žene s metastatskim karcinomom dojke u kasnoj fazi.“
Morske bakterije
Drugi su znanstvenici istražili spoj nazvan serinikinon iz Serinicoccus, rijedak rod morskih bakterija. Znanstvenici su pokazali da ova kemikalija može u laboratoriju selektivno uništavati stanice raka melanoma.
Iako je serinikinon daleko od toga da bude spreman za upotrebu na ljudima, studija iz veljače 2019. vodi nas korak bliže. Znanstvenici su identificirali dijelove molekule koji pružaju njezine moći u borbi protiv raka.
Iako će biti potrebno mnogo više kemijskog inženjerstva i opsežnih kliničkih ispitivanja, autori vjeruju da "[o] verall, ove studije sugeriraju da je izvedivo dizajnirati derivate serinikinona specifične za melanom sa svojstvima poput droga."
Jedan od lijekova koji je već započeo klinička ispitivanja i uveo ga u uobičajenu upotrebu je trabektedin, poznat pod imenom Yondelis. Proizvođači dobivaju ovaj lijek iz ekstrakta Ekteinascidija, obično zvan morski mlaz, morski beskralješnjak nalik vrećici.
Istraživači su prvi put identificirali antikancerogena svojstva ekstrakta morske šprice krajem 1960-ih, a nakon opsežne istrage istraživači su sada pronašli način da ga sintetiziraju i proizvedu u većim količinama.
Yondelis je proizvod ovog rada i sada ima odobrenje za liječenje sarkoma mekog tkiva u Rusiji, Europi i Južnoj Koreji. Znanstvenici ga također testiraju za upotrebu protiv drugih karcinoma, uključujući rak prostate i dojke.
Otpornost na antibiotike
Prijetnja rezistencijom na antibiotike rijetko ostavlja prvi plan uma medicinskih istraživača. Sve veći broj patogena postaje nepropustan za moderne antibiotike. Ovaj nedostatak osjetljivosti čini ih izazovnijima za liječenje i, prema tome, znatno opasnijima.
Prema Centrima za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC), rezistencija na antibiotike je "jedan od najvećih javnozdravstvenih izazova našeg doba".
U tijeku je potraga za novim spojevima koji mogu popuniti rastuće praznine koje ostaju neučinkoviti antibiotici.
Neki ljudi u ovoj misiji okrenuli su se moru, a jedna skupina usredotočila se na riblju sluz - gloopy premaz koji pokriva neke vrste.
Ova sluz naporno djeluje na uništavanju patogena u morskom okolišu, pa se neki znanstvenici pitaju bi li mogao pomoći i u borbi protiv kopnenih patogena.
Istraživači s državnog sveučilišta California u Fullertonu i sveučilišta Oregon State u Corvallisu uspjeli su izolirati 47 različitih sojeva bakterija iz sluzi. Uzgajali su te bakterije i smanjili ih na kemijski ekstrakt.
Zatim su testirali ovaj ekstrakt na druge patogene i otkrili da je pet bakterijskih sojeva vrlo učinkovito protiv rezistentnih na meticilin Staphylococcus aureus (MRSA), dok su tri bila učinkovita protiv Candida albicans.
Svoja preliminarna otkrića predstavili su na Nacionalnom sastanku i izložbi američkog kemijskog društva proljeće 2019.
Još jedna studija, koja je predstavljena u Granice u mikrobiologiji, ispitao Laminaria ochroleuca, vrsta morskih algi koja je slučajno bogat izvor Actinobacteria.
Aktinobakterije su posebno zanimljive medicinskim istraživačima. Kao što autori studije objašnjavaju, "bioaktivnost prijavljena iz aktinobakterijskih [prirodnih proizvoda] uključuje antibakterijske, antifungalne, antitumorske, antikancerogene, protuupalne, antivirusne, citotoksične i imunosupresivne aktivnosti."
Neki od aktinobakterijskih ekstrakata bili su učinkoviti protiv C. albicans i S. aureus. Zanimljivo je da je, prema starijoj autorici dr. Mariji de Fátima Carvalho, "sedam ekstrakata inhibiralo rast karcinoma dojke i posebno živčanih stanica, dok nije imalo nikakav učinak na stanice raka."
Otpor protiv gljivica
Uz pitanje rezistencije na antibiotike paralelni je problem i antimikotičke rezistencije: lijekovi koji ubijaju gljivice također gube zube. Neki se nadaju da bi morske spužve mogle biti od pomoći.
Na primjer, istraživanje je pokazalo da kemijski ekstrakti iz Jaspis vrste spužve bile su učinkovite protiv C. albicans u modelu miša.
Slično tome, studija je otkrila da eurysteroli A i B, dvije kemikalije iz spužve roda Euryspongia, “Pokazao antifungalno djelovanje protiv amfotericin B rezistentnih i divljeg tipa sojeva [C. albicans]. " Također su u laboratoriju ubili stanice karcinoma debelog crijeva.
Znanstvenici svake godine otkriju oko 1000 novih spojeva u oceanima. Kao što jedan autor objašnjava, njih "često karakteriziraju strukturna novost, složenost i raznolikost".
Međutim, još uvijek postoji vrlo malo spojeva morskog porijekla koji igraju ulogu u liječenju bolesti. Zašto ne koristimo više ovih novih kemikalija?
Jaz između kemikalije i klinike
Prvo, kao i kod bilo kojeg eksperimentalnog lijeka, postoji veliki skok između posude za uzgoj u laboratoriju i pacijenta. U živom biću lijekovi ne reagiraju uvijek onako kako znanstvenici očekuju.
Drugo, mnogi lijekovi imaju otrovne nuspojave zbog kojih su neupotrebljivi. Nijedan od ovih problema nije slijepa ulica jer farmakolozi i kemičari mogu doraditi molekule ili dizajnirati slične kemikalije, ali to sve oduzima puno vremena.
Još jedno značajno pitanje je stvaranje dovoljnih količina kemikalija morskog porijekla. Mnoge vrste ili ne mogu preživjeti zatočeništvo ili zahtijevaju visoko specifična, teško održavana okruženja. To opet znači da znanstvenici trebaju pronaći načine za kopiranje molekula koje nas zanimaju, što je dug i složen put.
Govoreći o tim pitanjima, autori recenzije pišu da će "snaga organske sinteze i ljekovite kemije morati doći". To su tehnički skupi obruči za preskakanje.
Zaključno, iako se čini da u planetarnim morima puno obećavaju, mnogi potencijalni putovi su dugi i krivudavi, i neće biti brzih pobjeda.
Kako ljudi nakupljaju sve veći pritisak na morske ekosustave, zabrinutost zbog zdravlja naših oceana dostiže temperaturu. Moglo bi biti da potencijalni lijekovi budućnosti nestaju prije nego što ih znanstvenici dobiju priliku ubrati.
