Mengapa saintis mencari di laut untuk mencari ubat baru
Oleh kerana para penyelidik perubatan meneruskan usaha mereka untuk meningkatkan kesihatan manusia, ada yang mengalihkan perhatian mereka ke lautan kerana mereka percaya bahawa laut Bumi mungkin mempunyai kimia pencegahan penyakit baru.
Lautan merangkumi lebih dari dua pertiga Bumi. Sebagai pepatah, kita tahu lebih banyak mengenai permukaan bulan daripada kita mengenai dasar lautan.
Keupayaan laut untuk beralih dari kegelapan, kemarahan yang meledak menjadi ketenangan yang tenang dan jernih telah menakutkan dan menipu manusia sejak pertama kali kita melawat pantai.
Mengingat sifat lautan Bumi yang luas dan belum dimanfaatkan, masuk akal untuk menyelami kedalaman mereka dalam mencari rawatan baru dan inovatif.
Haiwan laut, tumbuhan, dan mikroba telah mengembangkan portfolio bahan kimia yang unik untuk mempertahankan diri dan membantu komunikasi. Para saintis berminat untuk mengetahui lebih lanjut mengenai sebatian novel ini.
Mengapa melihat ke laut?
Terdapat beberapa sebab mengapa kehidupan di laut telah mengembangkan pilihan molekul yang berbeza. Sebagai contoh, haiwan yang berlabuh ke lantai dan tidak mempunyai pelapisan perisai, seperti span dan karang, perlu mencari cara lain untuk mempertahankan diri. Dalam banyak kes, bahan kimia adalah senjata pilihan mereka.
Selain itu, makhluk laut cenderung mempunyai sistem kekebalan tubuh yang relatif primitif, dan ada yang tinggal di habitat yang sesak, seperti terumbu karang, di mana mempertahankan diri adalah pekerjaan sepenuh masa.
Pada masa yang sama, organisma di lautan perlu menarik beberapa organisma dan menghalau yang lain. Mereka juga perlu menyelaraskan pembiakan dengan menyegerakkan pembebasan telur dan sperma ke persekitaran. Semua perkara ini memerlukan molekul biologi aktif.
Haiwan dan tumbuhan yang tinggal di lautan duduk dan berenang di bak mandi bakteria, jamur, dan organisma lain yang berniat mengubahnya menjadi makanan atau rumah.
Kepelbagaian ancaman ini telah mendorong evolusi untuk melancarkan pertempuran kimia yang semakin kompleks. Sebilangan sebatian yang dihasilkan mungkin berguna untuk perang melawan penyakit kita sendiri.
“Pertimbangkan […] kanibalisme universal laut; semua makhluknya menjadi mangsa satu sama lain, terus berperang sejak dunia bermula. "
Herman Melville, Moby Dick
Laut kuno
Kekaguman penyelidik perubatan dengan laut bukanlah perkara baru. Bukti pertama manusia menggunakan ubat dari lautan berasal dari China pada tahun 2953 SM. Semasa pemerintahan maharaja Fu Hsi, ada pajak atas keuntungan yang berasal dari ubat yang berasal dari ikan.
Melompat beberapa ribu tahun ke tahun 1950-an, ahli kimia organik bernama Werner Bergmann mengasingkan sejumlah nukleosida dari span spesis Caribbean yang disebut Cryptotethya crypta.
Bahan kimia ini mengilhami penciptaan ubat generasi baru, dengan para saintis memperoleh dua ubat yang disebut Ara-A dan Ara-C dari nukleosida ini. Doktor menggunakan Ara-A untuk merawat jangkitan herpes dan Ara-C untuk merawat leukemia myeloid akut dan limfoma bukan Hodgkin.
Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, pengambilan ubat dari lautan telah menarik minat. Di bawah ini, kami memberikan beberapa contoh terkini.
Toksin siput laut
Conus magus adalah siput laut berbisa yang ukurannya kecil dan cangkang hiasannya mempercayai rangkaian neurotoksin yang mematikan.
Senjata kimia jenama invertebrata ini adalah conotoksin - keluarga racun yang sangat berubah-ubah yang, walaupun siput menggunakannya untuk membunuh ikan, lebih dari sekadar mampu membunuh manusia.
Terdapat beratus-ratus spesies siput kerucut lain, termasuk kerucut geografi. Kadang-kadang orang menyebut moluska ini sebagai siput rokok kerana, setelah envenomation, anda hanya mempunyai cukup masa untuk menghisap rokok sebelum anda mati.
Ziconotide adalah versi sintetik conotoxin yang berfungsi sebagai penghilang rasa sakit dan 1.000 kali lebih kuat daripada morfin. Orang mungkin mengambilnya untuk merawat kesakitan kronik yang disebabkan oleh keadaan seperti barah, HIV tahap 3, dan gangguan neurologi tertentu.
Yang penting, seperti yang ditulis oleh seorang penulis, "pemberian ziconotide yang berpanjangan tidak menyebabkan perkembangan ketagihan atau toleransi."
Walau bagaimanapun, kerana ziconotide hanya berfungsi jika profesional penjagaan kesihatan menyampaikannya terus ke cairan tulang belakang (intrathecally), mereka hanya menggunakannya apabila terapi lain gagal atau tidak dapat dilaksanakan.
Rawatan barah dari bawah gelombang
Walaupun telah bertahun-tahun melakukan kajian, barah masih terbukti sukar untuk ditembusi. Walaupun rawatan telah meningkat dengan pesat, para saintis ingin mendapatkan bahan kimia bioaktif baru yang mungkin dapat membantu dalam memerangi. Sebilangan penyelidik barah mencucuk jari ke laut.
Baru-baru ini, sekumpulan penyelidik menyiasat molekul yang telah mereka ekstrak dari lampreys - ikan parasit tanpa rahang dengan silsilah kuno. Secara khusus, mereka berminat dengan apa yang disebut reseptor limfosit berubah-ubah (VLR).
VLR mensasarkan matriks ekstraselular (ECM), yang merupakan rangkaian molekul yang bergerak di antara sel. ECM menjalankan pelbagai peranan dalam badan. Sebagai contoh, ia memberikan sokongan struktur untuk tisu, membantu sel dan tisu bersatu, dan membantu komunikasi sel ke sel.
Ketika VLR mensasarkan ECM, para penyelidik percaya bahawa mereka boleh berfungsi sebagai keldai ubat yang dapat mengangkut bahan kimia melalui penghalang darah-otak otak yang biasanya tidak dapat ditembusi dan terus ke otak.
Mereka berteori bahawa jika VLR dapat melewati penghalang darah-otak - penyekat jalan bagi kebanyakan ubat - mereka mungkin dapat merawat keadaan tertentu, termasuk barah otak dan strok, dengan lebih berkesan. Karya awal mereka dalam model tikus menghasilkan hasil yang memberangsangkan.
Keajaiban span
Sponge adalah kepentingan khusus bagi penyelidik ubat barah. Malah, penulis kajian mengenai topik tersebut bahkan menyebut mereka sebagai "rumah harta karun dadah". Mereka menulis:
"Setiap tahun, sekitar 5.300 produk semula jadi dan sebatian baru telah diasingkan dari spons laut. […] Sebatian tersebut terbukti mempunyai aktiviti antibakteria, antivirus, antijamur, antimalarial, antitumor, imunosupresif, dan kardiovaskular. ”
Span Halichondria okadai bertanggungjawab untuk menghasilkan satu bahan kimia nota, yang telah ditiru oleh penyelidik dan dinamakan semula sebagai eribulin.
Dalam kajian pada tahun 2010 yang melibatkan wanita dengan barah payudara yang mengalami metastasis, kompaun ini memperpanjang jangka hayat para peserta. Pada masa itu, pengarang Prof Christopher Twelves menyatakan bahawa, mudah-mudahan, "[hasil] hasil ini dapat menjadikan eribulin sebagai rawatan baru yang berkesan bagi wanita dengan barah payudara metastatik tahap akhir."
Bakteria laut
Saintis lain telah meneliti sebatian yang disebut seriniquinone dari Serinicoccus, genus bakteria laut yang jarang berlaku. Para saintis telah membuktikan bahawa bahan kimia ini secara selektif dapat memusnahkan sel barah melanoma di makmal.
Walaupun seriniquinone jauh dari siap digunakan pada manusia, kajian dari Februari 2019 membawa kita selangkah lebih dekat. Para saintis mengenal pasti bahagian molekul yang memberikan kekuatan melawan barahnya.
Walaupun diperlukan lebih banyak kejuruteraan kimia dan ujian klinikal yang luas, penulis percaya bahawa "[benar], kajian-kajian ini menunjukkan bahawa adalah layak untuk merancang derivatif seriniquinone khusus melanoma dengan sifat seperti ubat."
Satu ubat yang telah menjalankan tantangan ujian klinikal dan membuatnya menjadi penggunaan umum adalah trabectin, yang dikenali dengan nama jenama Yondelis. Pengilang memperoleh ubat ini dari ekstrak dari Ecteinascidia, yang biasa disebut sea squirt, yang merupakan invertebrata laut seperti kantung.
Penyelidik pertama kali mengenal pasti sifat antikanker ekstrak muncrat laut pada akhir tahun 1960-an dan, setelah melakukan penyelidikan yang mendalam, para penyelidik kini telah menemui cara untuk mensintesisnya dan menghasilkannya dalam jumlah yang lebih besar.
Yondelis adalah produk karya ini, dan kini telah mendapat persetujuan untuk merawat sarkoma tisu lembut di Rusia, Eropah, dan Korea Selatan. Para saintis juga mengujinya untuk digunakan terhadap barah lain, termasuk kanker prostat dan payudara.
Rintangan antibiotik
Ancaman ketahanan terhadap antibiotik jarang sekali menjadi perhatian utama para penyelidik perubatan. Semakin banyak patogen menjadi tidak tahan terhadap antibiotik moden. Kekurangan kerentanan ini menjadikan mereka lebih sukar untuk dirawat dan, oleh itu, jauh lebih berbahaya.
Menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC), ketahanan terhadap antibiotik adalah "salah satu cabaran kesihatan awam terbesar pada masa ini."
Pencarian sedang dijalankan untuk sebatian baru yang dapat mengisi jurang yang semakin meningkat yang telah ditinggalkan oleh antibiotik yang tidak berkesan.
Beberapa orang dalam misi ini telah beralih ke laut, dan satu kumpulan telah memusatkan perhatian pada lendir ikan - lapisan gloopy yang merangkumi beberapa spesies.
Lendir ini bekerja keras untuk memusnahkan patogen di persekitaran laut, jadi sebilangan saintis tertanya-tanya sama ada ia dapat membantu melawan patogen darat juga.
Penyelidik dari California State University di Fullerton dan Oregon State University di Corvallis berjaya mengasingkan 47 jenis bakteria yang berbeza dari lendir. Mereka menumbuhkan bakteria ini dan mengurangkannya menjadi ekstrak kimia.
Seterusnya, mereka menguji ekstrak ini terhadap patogen lain dan mendapati lima strain bakteria sangat berkesan terhadap tahan methicillin Staphylococcus aureus (MRSA), sementara tiga berkesan melawan Candida albicans.
Mereka membentangkan penemuan awal mereka di Mesyuarat & Pameran Nasional Musim Semi 2019 Persatuan Kimia Amerika.
Kajian lain, yang diketengahkan dalam Sempadan dalam Mikrobiologi, diperiksa Laminaria ochroleuca, spesies rumput laut yang merupakan sumber Actinobacteria yang kaya.
Actinobacteria sangat menarik bagi penyelidik perubatan. Seperti yang dijelaskan oleh penulis kajian, "bioaktiviti yang dilaporkan dari aktinobakteria [produk semula jadi] termasuk aktiviti antibakteria, antijamur, antitumor, antikanker, anti-radang, antivirus, sitotoksik, dan imunosupresif."
Sebilangan ekstrak aktinobakteria berkesan melawan C. albicans dan S. aureus. Menariknya, menurut pengarang kanan Dr. Maria de Fátima Carvalho, "tujuh ekstrak menghalang pertumbuhan payudara dan terutama kanser sel saraf, sementara tidak memberi kesan pada sel bukan kanker."
Rintangan antijamur
Di samping masalah ketahanan antibiotik adalah masalah ketahanan antijamur yang selari: ubat-ubatan yang membunuh kulat juga kehilangan gigi. Ada yang berharap bahawa span laut dapat membantu.
Sebagai contoh, penyelidikan menunjukkan bahawa ekstrak kimia dari Jaspis spesies span berkesan melawan C. albicans dalam model tetikus.
Begitu juga, satu kajian mendapati bahawa eurysterols A dan B, dua bahan kimia dari span genus Euryspongia, "Mempamerkan aktiviti antijamur terhadap strain tahan amfoterisin B dan jenis liar [C. albicans]. " Mereka juga membunuh sel karsinoma kolon manusia di makmal.
Para saintis menemui kira-kira 1,000 sebatian baru di lautan setiap tahun. Seperti yang dijelaskan oleh seorang pengarang, mereka "sering dicirikan oleh kebaruan struktur, kerumitan, dan kepelbagaian."
Walau bagaimanapun, masih terdapat sebilangan kecil sebatian yang berasal dari laut yang berperanan dalam rawatan penyakit. Mengapa kita tidak menggunakan lebih banyak bahan kimia baru ini?
Jurang antara kimia dan klinik
Pertama, seperti ubat eksperimen, terdapat lompatan besar antara hidangan kultur di makmal dan pesakit. Dalam makhluk hidup, ubat tidak selalu bertindak balas dengan cara yang diharapkan oleh saintis.
Kedua, banyak ubat mempunyai kesan sampingan toksik yang menjadikannya tidak dapat digunakan. Kedua-dua masalah ini tidak menemui jalan buntu kerana ahli farmasi dan ahli kimia dapat mengubah molekul atau merancang bahan kimia yang serupa, tetapi ini memakan masa.
Isu lain yang cukup penting ialah menjana sejumlah bahan kimia yang berasal dari laut. Sebilangan besar spesies tidak dapat bertahan hidup dalam kurungan atau memerlukan persekitaran yang sangat spesifik dan sukar dijaga. Sekali lagi, ini bermaksud bahawa saintis perlu mencari cara untuk meniru molekul yang menarik, yang merupakan jalan yang panjang dan rumit.
Bercakap mengenai isu-isu ini, penulis kajian menulis bahawa "kekuatan sintesis organik dan kimia perubatan harus ditanggung." Ini adalah gelung teknikal dan mahal untuk dilalui.
Kesimpulannya, walaupun nampaknya ada banyak janji di lautan planet ini, banyak jalan berpotensi panjang dan berliku, dan tidak akan ada kemenangan cepat.
Ketika manusia banyak meningkatkan tekanan terhadap ekosistem laut, keprihatinan mengenai kesihatan lautan kita semakin meningkat. Mungkin ubat-ubatan yang berpotensi di masa depan akan hilang sebelum para saintis berpeluang menuainya.
