Hvorfor forskere søker i havet etter nye medisiner
Mens medisinske forskere fortsetter arbeidet med å forbedre menneskers helse, retter noen oppmerksomheten mot havet fordi de tror at jordens hav kan inneholde ny sykdomsbekjempende kjemi.
Havene dekker mer enn to tredjedeler av jorden. Når ordtaket går, vet vi mer om overflaten av månen enn om bunnen av havet.
Havets evne til å overgå fra mørkt, eksplosivt raseri til rolig, krystallklar ro har skremt og forført menneskeheten siden vi først besøkte stranden.
Gitt den enorme, uutnyttede naturen til jordens hav, er det fornuftig å legge dybden i jakten på nye og innovative behandlinger.
Havdyr, planter og mikrober har utviklet en unik portefølje av kjemikalier for å forsvare seg selv og hjelpe kommunikasjonen. Forskere er opptatt av å vite mer om disse nye forbindelsene.
Hvorfor se mot havet?
Det er flere grunner til at livet i havet har utviklet et tydelig utvalg av molekyler. For eksempel må dyr som er forankret på gulvet og ikke har rustning, som svamper og koraller, finne andre måter å forsvare seg på. I mange tilfeller er kjemikalier deres valgfrie våpen.
I tillegg har marine skapninger en tendens til å ha relativt primitive immunforsvar, og noen lever i overfylte habitater, som korallrev, hvor forsvaret er en heltidsjobb.
Samtidig trenger organismer i havet å tiltrekke seg noen organismer og frastøte andre. De trenger også å koordinere reproduksjon ved å synkronisere utslipp av egg og sæd i miljøet. Alle disse tingene krever aktive biologiske molekyler.
Dyr og planter som bor i havet sitter og svømmer i et bad av bakterier, sopp og andre organismer som har til hensikt å gjøre dem om til et måltid eller et hjem.
Dette mangfoldet av trusler har tvunget evolusjonen til å føre til stadig mer komplekse kjemiske kamper. Noen av de resulterende forbindelsene kan være nyttige for vår egen krig mot sykdom.
“Tenk på […] den universelle kannibalismen i havet; alle hvis skapninger bytter på hverandre og fører evig krig siden verden begynte. ”
Herman Melville, Moby Dick
Gamle hav
Medisinske forskeres fascinasjon med havet er ikke noe nytt. Det første beviset på at mennesker bruker medisiner fra havet, kommer fra Kina i 2953 f.v.t. Under keiserens Fu Hsi regjeringstid var det en skatt på overskuddet som kom fra fiskeavledet medisin.
Hoppende frem noen tusen år til 1950-tallet isolerte en organisk kjemiker Werner Bergmann et antall nukleosider fra en karibisk svampart som het Cryptotethya crypta.
Disse kjemikaliene inspirerte til etableringen av en ny generasjon medikamenter, med forskere som hentet to medikamenter kalt Ara-A og Ara-C fra disse nukleosidene. Leger bruker Ara-A for å behandle herpesinfeksjoner og Ara-C for å behandle akutt myeloid leukemi og ikke-Hodgkin lymfom.
I løpet av de siste årene har innkjøp av narkotika fra havet opplevd en gjenoppblomstring av interesse. Nedenfor gir vi noen nylige eksempler.
Sjøsnegeltoksiner
Conus magus er en giftig sjøsnegl som har liten størrelse og dekorativt skall som sin dødelige pakke med nevrotoksiner.
Dette virvelløse dyrets kjemiske våpen er konotoksiner - en svært variabel familie av giftstoffer som, selv om sneglen bruker dem til å drepe fisk, er mer enn i stand til å drepe et menneske.
Det er hundrevis av andre arter av kjeglesnegl, inkludert geografisk kjegle. Noen ganger refererer folk til denne bløtdyren som sigarettneglen, fordi du etter envenomasjon bare har nok tid til å røyke en sigarett før du dør.
Ziconotide er en syntetisk versjon av konotoksin som fungerer som smertestillende og er 1000 ganger kraftigere enn morfin. Folk kan ta det for å behandle kronisk smerte som skyldes tilstander som kreft, stadium 3 HIV og visse nevrologiske lidelser.
Det er viktigere, som en forfatter skriver, "langvarig administrering av ziconotid fører ikke til utvikling av avhengighet eller toleranse."
Men fordi ziconotid bare fungerer hvis helsepersonell leverer det direkte i ryggmargsvæsken (intratekalt), bruker de det bare når andre behandlinger har mislyktes eller ikke er levedyktige.
Kreftbehandlinger under bølgene
Til tross for mange års forskning er kreft fremdeles en vanskelig mutter å knekke. Selv om behandlingen har forbedret seg veldig, er forskere opptatt av å få tak i nye bioaktive kjemikalier som kan hjelpe i kampen. Noen kreftforskere dypper tærne i havet.
Senest undersøkte en gruppe forskere molekyler som de hadde utvunnet fra lampreys - en kjeveløs, parasittisk fisk med en eldgammel stamtavle. Spesielt var de interessert i såkalte variable lymfocyttreseptorer (VLR).
VLR-er retter seg mot den ekstracellulære matrisen (ECM), som er et nettverk av molekyler som går mellom celler. ECM utfører varierte roller i kroppen. For eksempel gir det strukturell støtte for vev, hjelper celler og vev binde sammen og hjelper med celle-til-celle-kommunikasjon.
Ettersom VLR-er retter seg mot ECM, mener forskere at de kan tjene som medikament-muldyr som kan transportere kjemikalier gjennom den normalt ugjennomtrengelige blod-hjerne-barrieren og rett til hjernen.
De teoretiserer at hvis VLR kan omgå blod-hjerne-barrieren - en veisperring for de fleste medisiner - kan de være i stand til å behandle visse tilstander, inkludert hjernekreft og hjerneslag, mer effektivt. Deres forarbeid i en musemodell ga oppmuntrende resultater.
Underet til svamper
Svamper er av spesiell interesse for kreftmedisinske forskere. Faktisk omtaler forfatterne av en anmeldelse om temaet dem til og med som et "narkotikaskattehus." De skriver:
“Hvert år har rundt 5300 forskjellige naturlige produkter og nye forbindelser blitt isolert fra marine svamper. […] Slike forbindelser viste seg å ha antibakteriell, antiviral, soppdrepende, antimalarial, antitumor, immunsuppressiv og kardiovaskulær aktivitet. ”
Svampen Halichondria okadai er ansvarlig for å produsere ett kjemisk stoff som forskerne har replikert og omdøpt til eribulin.
I en studie fra 2010 som involverte kvinner med brystkreft som hadde metastasert, forlenget forbindelsen deltakernes levetid. På den tiden bemerket forfatteren professor Christopher Twelves at forhåpentligvis kan [disse] resultatene etablere eribulin som en ny, effektiv behandling for kvinner med sent metastatisk brystkreft. "
Marine bakterier
Andre forskere har undersøkt en forbindelse kalt seriniquinon fra Serinicoccus, en sjelden slekt av marine bakterier. Forskere har vist at dette kjemikaliet selektivt kan ødelegge melanomkreftceller i laboratoriet.
Selv om seriniquinon er langt fra å være klar til bruk hos mennesker, tar en studie fra februar 2019 oss et skritt nærmere. Forskerne identifiserte delene av molekylet som gir kreftbekjempende krefter.
Selv om det er nødvendig med mye mer kjemiteknikk og omfattende kliniske studier, mener forfatterne at "[alt], disse studiene antyder at det er mulig å designe melanomspesifikke seriniquinonderivater med medikamentlignende egenskaper."
Et medikament som allerede har kjørt handsken fra kliniske studier og gjort det til vanlig bruk, er trabectedin, kjent under merkenavnet Yondelis. Produsenter henter dette stoffet fra et ekstrakt av Ecteinascidia, ofte kalt sjøsprøyten, som er en sekklignende marine virvelløse dyr.
Forskere identifiserte første gang kreftegenskapene til sjøsprøytekstrakt på slutten av 1960-tallet, og etter omfattende undersøkelser har forskere nå funnet en måte å syntetisere det og produsere det i større mengder.
Yondelis var produktet av dette arbeidet, og det har nå godkjenning for å behandle bløtvevsarkom i Russland, Europa og Sør-Korea. Forskere prøver også det for bruk mot andre kreftformer, inkludert prostata og brystkreft.
Antibiotikaresistens
Trusselen om antibiotikaresistens etterlater sjelden medisinske forskeres tanker. Et økende antall patogener blir ugjennomtrengelige for moderne antibiotika. Denne mangelen på følsomhet gjør dem mye mer utfordrende å behandle og derfor betydelig farligere.
I følge Centers for Disease Control and Prevention (CDC) er antibiotikaresistens "en av de største folkehelseutfordringene i vår tid."
Det søkes etter nye forbindelser som kan fylle de voksende hullene som ineffektive antibiotika har etterlatt.
Noen mennesker på dette oppdraget har vendt seg mot sjøen, og en gruppe har fokusert på fiskeslim - gloopy-belegget som dekker noen arter.
Dette slimet jobber hardt for å ødelegge patogener i det marine miljøet, så noen forskere lurer på om det også kan bidra til å bekjempe terrestriske patogener.
Forskere fra California State University i Fullerton og Oregon State University i Corvallis klarte å isolere 47 forskjellige bakteriestammer fra slimet. De dyrket disse bakteriene og reduserte dem til et kjemisk ekstrakt.
Deretter testet de dette ekstraktet mot andre patogener og fant at fem av bakteriestammene var svært effektive mot meticillinresistente. Staphylococcus aureus (MRSA), mens tre var effektive mot Candida albicans.
De presenterte sine foreløpige funn på American Chemical Society Spring 2019 National Meeting & Exposition.
En annen studie, som ble omtalt i Grenser i mikrobiologi, undersøkte Laminaria ochroleuca, en tangart som tilfeldigvis er en rik kilde til Actinobacteria.
Aktinobakterier er spesielt interessante for medisinske forskere. Som forfatterne av studien forklarer, inkluderer "bioaktiviteter rapportert fra aktinobakterielle [naturlige produkter] antibakterielle, soppdrepende, antitumor, anticancer, antiinflammatoriske, antivirale, cytotoksiske og immunsuppressive aktiviteter."
Noen av de aktinobakterielle ekstraktene var effektive mot C. albicans og S. aureus. Interessant, ifølge seniorforfatter Dr. Maria de Fátima Carvalho, "hemmet syv av ekstraktene veksten av brystkreft og spesielt nervecellekreft, mens de ikke hadde noen effekt på ikke-kreftceller."
Antifungal motstand
Ved siden av spørsmålet om antibiotikaresistens er det parallelle problemet med soppdrepende resistens: medisiner som dreper sopp mister også tennene. Noen håper at marine svamper kan være i stand til å hjelpe.
For eksempel viste forskning at kjemiske ekstrakter fra Jaspis arter av svamp var effektive mot C. albicans i en musemodell.
Tilsvarende fant en studie at urysteroler A og B, to kjemikalier fra en svamp av slekten Euryspongia, "Utviste soppdrepende aktivitet mot amfotericin B-resistente og villtype stammer av [C. albicans]. ” De drepte også humane tykktarmskarsinomceller i laboratoriet.
Forskere oppdager omtrent 1000 nye forbindelser i havene hvert år. Som en forfatter forklarer, er de "ofte preget av strukturell nyhet, kompleksitet og mangfold."
Imidlertid er det fortsatt svært få marine avledede forbindelser som spiller en rolle i behandlingen av sykdom. Hvorfor bruker vi ikke flere av disse nye kjemikaliene?
Gapet mellom kjemikalie og klinikk
For det første, som med ethvert eksperimentelt medikament, er det et stort sprang mellom en kulturskål i et laboratorium og en pasient. I en levende skapning reagerer ikke narkotika alltid slik forskerne forventer.
For det andre har mange stoffer toksiske bivirkninger som gjør dem ubrukelige. Ingen av disse problemene er en blindvei ettersom farmakologer og kjemikere kan tilpasse molekyler eller designe lignende kjemikalier, men dette er alt tidkrevende.
Et annet betydelig problem er å generere tilstrekkelige mengder marine avledede kjemikalier. Mange av artene kan enten ikke overleve fangenskap eller kreve svært spesifikke, vanskelige å vedlikeholde miljøer. Igjen, dette betyr at forskere må finne måter å replikere molekylene av interesse, som er en lang og komplisert vei.
Når de snakker om disse spørsmålene, skriver forfatterne av en anmeldelse at "kraften i organisk syntese og medisinsk kjemi vil måtte komme til å bære." Dette er tekniske, dyre bøyler å hoppe gjennom.
Avslutningsvis, selv om det ser ut til å være mye løfte i planetens hav, er mange av de potensielle veiene lange og svingete, og det vil ikke være noen raske gevinster.
Når mennesker hoper økende press på marine økosystemer, når bekymringene for helsen til havene våre feber. Det kan godt være at fremtidige medisiner forsvinner før forskere har sjansen til å høste dem.
