Почему ученые ищут в океане новые лекарства
По мере того как медицинские исследователи продолжают свои усилия по улучшению здоровья человека, некоторые обращают свое внимание на океан, потому что считают, что моря Земли могут содержать новую химию для борьбы с болезнями.
Океаны покрывают более двух третей Земли. Как гласит пословица, мы знаем о поверхности Луны больше, чем о дне океана.
Способность моря переходить от темной, взрывной ярости к безмятежному, кристально чистому спокойствию пугала и обманывала человечество с тех пор, как мы впервые посетили пляж.
Учитывая обширную, нетронутую природу океанов Земли, имеет смысл погрузиться в их глубины в поисках новых и инновационных методов лечения.
Морские животные, растения и микробы создали уникальный набор химикатов для защиты и помощи в общении. Ученые хотят больше узнать об этих новых соединениях.
Зачем смотреть на море?
Существует ряд причин, по которым морская жизнь сформировала особый набор молекул. Например, животные, привязанные к полу и не имеющие брони, такие как губки и кораллы, должны найти другие способы защиты. Во многих случаях их предпочтительным оружием являются химические вещества.
Кроме того, морские существа, как правило, имеют относительно примитивную иммунную систему, а некоторые живут в перенаселенных местах обитания, таких как коралловые рифы, где защита - это постоянная работа.
В то же время организмы в океане должны привлекать одни организмы и отталкивать другие. Им также необходимо координировать размножение, синхронизируя выброс яйцеклеток и спермы в окружающую среду. Все это требует активных биологических молекул.
Животные и растения, обитающие в океане, сидят и плавают в ванне с бактериями, грибами и другими организмами, намереваясь превратить их в еду или дом.
Такое разнообразие угроз вынудило эволюцию вести все более сложные химические битвы. Некоторые из полученных соединений могут быть полезны в нашей войне с болезнями.
«Рассмотрим […] универсальный каннибализм моря; все, чьи создания охотятся друг на друга, ведя вечную войну с самого начала мира ».
Герман Мелвилл, Моби Дик
Древние моря
В увлечении исследователей-медиков морем нет ничего нового. Первые свидетельства того, что люди употребляли лекарства из океана, были получены в Китае в 2953 году до н. Э. Во время правления императора Фу Си существовал налог на прибыль, полученную от рыбной медицины.
Прыгнув на несколько тысяч лет в 1950-е годы, химик-органик Вернер Бергманн выделил ряд нуклеозидов из карибского вида губок, называемого Криптотетия крипта.
Эти химические вещества вдохновили на создание нового поколения лекарств, при этом ученые получили из этих нуклеозидов два препарата, названные Ara-A и Ara-C. Врачи используют Ara-A для лечения герпетических инфекций и Ara-C для лечения острого миелоидного лейкоза и неходжкинской лимфомы.
В последние годы к поиску лекарств из океана возродился интерес. Ниже мы приводим несколько недавних примеров.
Токсины морских улиток
Конус маг это ядовитая морская улитка, чей миниатюрный размер и декоративная раковина противоречат ее смертоносному набору нейротоксинов.
Марка химического оружия этого беспозвоночного - конотоксины - очень изменчивое семейство ядов, которые, хотя улитка использует их для убийства рыбы, более чем способны убить человека.
Существуют сотни других видов конусообразных улиток, в том числе и географический конус. Люди иногда называют этого моллюска сигаретной улиткой, потому что после отравления у вас есть достаточно времени, чтобы выкурить сигарету, прежде чем вы умрете.
Зиконотид - это синтетическая версия конотоксина, который действует как болеутоляющее и в 1000 раз сильнее морфина. Люди могут принимать его для лечения хронической боли, которая возникает в результате таких состояний, как рак, ВИЧ-инфекция 3 стадии и некоторые неврологические расстройства.
Важно отметить, что, как пишет один автор, «длительный прием зиконотида не приводит к развитию зависимости или толерантности».
Однако, поскольку зиконотид работает только в том случае, если медицинские работники доставляют его непосредственно в спинномозговую жидкость (интратекально), они используют его только в том случае, если другие методы лечения оказались безуспешными или нежизнеспособными.
Лечение рака из-под волн
Несмотря на годы исследований, рак по-прежнему остается крепким орешком. Хотя лечение значительно улучшилось, ученые стремятся заполучить новые биоактивные химические вещества, которые могут помочь в борьбе. Некоторые исследователи рака ныряют в океан.
Совсем недавно группа исследователей исследовала молекулы, которые они извлекли из миног - паразитических рыб без челюстей с древней родословной. В частности, их интересовали так называемые вариабельные рецепторы лимфоцитов (VLR).
VLR нацелены на внеклеточный матрикс (ECM), который представляет собой сеть молекул, перемещающуюся между клетками. Контроллер ЭСУД выполняет в организме различные функции. Например, он обеспечивает структурную поддержку тканей, помогает клеткам и тканям соединяться вместе и способствует межклеточной коммуникации.
Поскольку VLR нацелены на ECM, исследователи полагают, что они могут служить в качестве наркотических мулов, которые могут транспортировать химические вещества через обычно непроницаемый гематоэнцефалический барьер прямо в мозг.
Они предполагают, что если VLR смогут обойти гематоэнцефалический барьер - препятствие для большинства лекарств - они смогут более эффективно лечить определенные состояния, включая рак мозга и инсульт. Их предварительная работа с моделью мыши дала обнадеживающие результаты.
Чудо губок
Губки представляют особый интерес для исследователей лекарств от рака. Фактически, авторы обзора по этой теме даже называют их «сокровищницей наркотиков». Они пишут:
«Ежегодно из морских губок выделяется около 5300 различных натуральных продуктов и новых соединений. […] Доказано, что такие соединения обладают антибактериальной, противовирусной, противогрибковой, противомалярийной, противоопухолевой, иммунодепрессивной и сердечно-сосудистой активностью ».
Губка Галихондрия окадай отвечает за производство одного примечательного химического вещества, которое исследователи воспроизвели и переименовали в эрибулин.
В исследовании 2010 года с участием женщин с метастазирующим раком груди это соединение продлило продолжительность жизни участников. В то время автор, профессор Кристофер Твелвс, отметил, что, как мы надеемся, «эти результаты могут сделать эрибулин новым эффективным средством лечения женщин с метастатическим раком груди на поздней стадии».
Морские бактерии
Другие ученые исследовали соединение под названием серинихинон из Сериникокк, редкий род морских бактерий. Ученые показали, что это химическое вещество может избирательно уничтожать раковые клетки меланомы в лабораторных условиях.
Хотя серинихинон еще далек от того, чтобы быть готовым к применению на людях, исследование, проведенное в феврале 2019 года, приближает нас еще на один шаг. Ученые определили участки молекулы, обеспечивающие ее способность бороться с раком.
Хотя потребуется гораздо больше химических инженеров и обширных клинических испытаний, авторы полагают, что «в общем, эти исследования показывают, что возможно разработать специфические для меланомы производные серинихинона с лекарственными свойствами».
Трабектин, известный под торговой маркой Yondelis, уже получил широкое распространение и прошел ряд клинических испытаний. Производители выводят этот препарат из экстракта Ecteinascidia, обычно называемый морским брызгом, который представляет собой мешкообразное морское беспозвоночное.
Исследователи впервые определили противоопухолевые свойства экстракта морских брызг в конце 1960-х годов, и после обширных исследований исследователи нашли способ синтезировать его и производить в больших количествах.
Йонделис был продуктом этой работы, и теперь он одобрен для лечения саркомы мягких тканей в России, Европе и Южной Корее. Ученые также пробуют использовать его против других видов рака, включая рак простаты и груди.
Устойчивость к антибиотикам
Угроза устойчивости к антибиотикам редко ускользает от внимания исследователей-медиков. Все большее количество патогенов становятся невосприимчивыми к современным антибиотикам. Это отсутствие восприимчивости делает их гораздо более сложными для лечения и, следовательно, значительно более опасными.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), устойчивость к антибиотикам является «одной из самых больших проблем общественного здравоохранения нашего времени».
Ведется поиск новых соединений, которые могут заполнить растущие пробелы, оставленные неэффективными антибиотиками.
Некоторые участники этой миссии обратились к морю, а одна группа сосредоточилась на рыбной слизи - густом покрытии, покрывающем некоторые виды.
Эта слизь усердно работает, чтобы уничтожить патогены в морской среде, поэтому некоторые ученые задаются вопросом, может ли она помочь бороться с наземными патогенами.
Исследователям из Университета штата Калифорния в Фуллертоне и Университета штата Орегон в Корваллисе удалось выделить 47 различных штаммов бактерий из слизи. Они вырастили эти бактерии и превратили их в химический экстракт.
Затем они протестировали этот экстракт против других патогенов и обнаружили, что пять из бактериальных штаммов были высокоэффективными против метициллин-резистентных. Золотистый стафилококк (MRSA), а три были эффективны против грибковые микроорганизмы албиканс.
Они представили свои предварительные результаты на Национальной встрече и выставке Американского химического общества весной 2019 года.
Другое исследование, представленное в Границы микробиологии, исследовал Ламинария охролеука, вид морских водорослей, который является богатым источником актинобактерий.
Актинобактерии особенно интересны исследователям-медикам. Как объясняют авторы исследования, «биоактивность актинобактериальных [природных продуктов] включает антибактериальную, противогрибковую, противоопухолевую, противораковую, противовоспалительную, противовирусную, цитотоксическую и иммунодепрессивную активность».
Некоторые экстракты актинобактерий были эффективны против C. albicans и S. aureus. Интересно, что, по словам старшего автора доктора Марии де Фатима Карвалью, «семь экстрактов подавляли рост рака груди и особенно рака нервных клеток, но не влияли на нераковые клетки».
Противогрибковая устойчивость
Наряду с проблемой устойчивости к антибиотикам существует параллельная проблема устойчивости к противогрибковым препаратам: лекарства, убивающие грибы, также теряют зубы. Некоторые надеются, что морские губки могут помочь.
Например, исследования показали, что химические экстракты из Jaspis губки были эффективны против C. albicans в модели мыши.
Точно так же исследование показало, что эвристерины А и В, два химических вещества из губки этого рода Эвриспонгия, «Проявили противогрибковую активность против амфотерицина B-резистентных штаммов и штаммов дикого типа [C. albicans]. » Они также убили клетки карциномы толстой кишки человека в лаборатории.
Ученые ежегодно открывают около 1000 новых соединений в океанах. Как объясняет один автор, они «часто характеризуются структурной новизной, сложностью и разнообразием».
Однако до сих пор очень мало соединений морского происхождения, играющих роль в лечении болезней. Почему мы не используем больше этих новых химикатов?
Разрыв между химией и клиникой
Во-первых, как и в случае с любым экспериментальным препаратом, существует большой скачок между чашкой для культивирования в лаборатории и пациентом. На живое существо лекарства не всегда реагируют так, как ожидают ученые.
Во-вторых, многие лекарства обладают токсическими побочными эффектами, которые делают их непригодными для использования. Ни одна из этих проблем не является тупиком, поскольку фармакологи и химики могут настраивать молекулы или создавать аналогичные химические вещества, но все это требует времени.
Другой серьезной проблемой является производство достаточного количества химикатов морского происхождения. Многие из этих видов либо не могут выжить в неволе, либо нуждаются в очень специфической и трудной для поддержания среде. Опять же, это означает, что ученым нужно найти способы воспроизвести интересующие молекулы, а это долгий и сложный путь.
Говоря об этих проблемах, авторы обзора пишут, что «сила органического синтеза и медицинской химии должна проявить себя». Это технические и дорогие обручи для прыжков.
В заключение, хотя кажется, что в морях планеты есть многообещающие перспективы, многие из потенциальных путей являются длинными и извилистыми, и быстрых побед не будет.
По мере того как люди оказывают все большее давление на морские экосистемы, опасения по поводу здоровья наших океанов достигают апогея. Вполне возможно, что потенциальные лекарства будущего исчезнут до того, как ученые получат возможность их собрать.
