How the Cone slak’ s Deadly Venom Can Help us Build Better Medicines
in het wild harpoen kegelslakken hun prooi als het langs zwemt. In het lab heeft de kegelslak geleerd gif uit te wisselen voor het diner. Hier breidt een slak zijn slurf uit en geeft een injectie gif af in een met latex beklede buis. Om meer foto ‘ s te zien, bekijk de volledige foto essay.,
Kegelslakken hebben de mens al eeuwenlang geïnspireerd. Kustgemeenschappen hebben vaak hun mooie schelpen als geld verhandeld en in sieraden gestopt. Veel kunstenaars, waaronder Rembrandt, hebben ze in schetsen en schilderijen laten zien. Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) vinden deze dodelijke roofdieren ook inspirerend, omdat ze nieuwe manieren zoeken om oude medische problemen te genezen met behulp van de giftige slakken als model.,
” Dit is hetzelfde gif dat gebruikt wordt om dinosaurussen te doden in ‘Jurassic Park,'” zegt NIST biochemicus Frank Marí, met een grinnik. “Het is eng spul, maar die kracht kan worden gebruikt voor een ander soort goed in het echte leven.”
zoals alle NIST-wetenschappers meet Marí dingen. In het bijzonder meet hij RNA en de bijbehorende eiwitten aan het werk in zeedieren. Naarmate de technologie in de loop der jaren is verbeterd, zijn hij en zijn team beter in staat geworden om de moleculen te onderzoeken, analyseren en catalogiseren in sommige van de minder bekende wezens van de oceaan, waaronder kegelslakken., Dit jaar deed zijn lab een aantal belangrijke ontdekkingen over hun gif, ontdekkingen die uiteindelijk zouden kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen voor moeilijk te behandelen ziekten. Door de manier na te bootsen waarop deze kleine, stille wezens GIF afgeven, kunnen wetenschappers beter kuren leveren.op een bepaalde dag loopt Marí op en neer in de rijen van kolkende aquariumtanks in het Hollings Marine Laboratory in Charleston, South Carolina, om de 60 individuele kegelslakken te controleren die de afgelopen 15 jaar in zijn lab hebben geleefd., Eens per week onderhandelen hij en zijn personeel met hen, een soort delicate onderhandeling, waarbij hij een dode vis ruilt voor een dosis gif die in een buis wordt verzameld en opgeslagen voor gebruik in lopende wetenschappelijke metingen en onderzoeken.
” Kegelslakken zijn zo ongewoon, ” zegt Marí. “Ze zijn niet echt als elk ander wezen op aarde, en werken met hen is bijna als werken met een buitenaards wezen. Maar dat is ook leuk. Het kegelslak systeem is als een snoepwinkel voor iemand als ik.”
wereldwijd zijn meer dan 800 soorten kegelslakken gevonden, meestal in warmere tropische gebieden., Ze zijn teruggetrokken, gezichtsloze wezens en niet agressief, maar zullen defensief steken wanneer opgepikt door een onwetende schelpenverzamelaar. De kleinste kegelslakken geven een steek die ongeveer zo krachtig is als een bijensteek, maar de steek van grotere soorten kan een volwassen mens doden in een kwestie van uren. De dodelijkste kegelslak wordt verondersteld de “sigaretslak” van de Indo-Pacific te zijn, een slak ongeveer de lengte van de duim van een man die een toxine zo sterk kan leveren dat je maar tijd hebt om één sigaret op te maken voordat je sterft aan de aanval.,hoewel zijn collectie verschillende soorten omvat, is Marí ‘ s speciale aandachtsgebied de paarse kegelslak (Conus purpurascens). Het is een wezen dat vooral voorkomt in de oostelijke Pacifische kustwateren van de Golf van Californië tot aan Peru en voor de kust rond de Galapagos-Eilanden, langzaam bewegend langs de rotsbodem waar het een paar centimeter lang wordt. Net als alle slakken van het geslacht Conus komen deze nachtdieren veel voor, maar gaan vaak ongezien door strandgangers.,
ondanks hun eigen trage neigingen, zijn deze slakken geëvolueerd om Bekwaam sneller dieren te jagen in het donker door een harpoenachtige tand in andere slakken, vissen en wormen te schieten. Eenmaal geïnjecteerd, wordt de prooi onmiddellijk verlamd en niet in staat om een ontsnapping te maken. De slak trekt dan langzaam de geïmmobiliseerde maaltijd in zijn schaal om te worden verteerd, geheel. Elke tand wordt na gebruik weggegooid en onmiddellijk vervangen door een andere. Sommige kegelslakken reizen met zo ‘ n 20 van deze tanden ingebed in hun systemen, geladen en klaar om afgeschoten te worden wanneer de volgende maaltijd toevallig langszwemt.,
in zijn oorspronkelijke staat zou kegelslakgif natuurlijk geen goede behandeling zijn voor menselijke kwalen. Maar door het stukje bij beetje uit te pakken en elke component op moleculair niveau te meten, proberen Marí en zijn team te begrijpen en te catalogiseren hoe elk aspect van dit gif zijn werk doet.
” Er is veel dat we net leren over hen, ” zegt Marí.
Waarom is het gif van de kegelslak bijvoorbeeld in staat om zo snel door het zenuwstelsel van een ander dier te dringen? En hoe verlaagt het een slachtoffer zo effectief?, Nog raadselachtiger is dat sommige paarse kegelslakken helemaal niet giftig zijn, wat Marí denkt dat het verband houdt met ontwikkelingsstadia in de slakken.
de antwoorden op al deze vragen over de kegelslak kunnen worden gebruikt om nieuwe geneesmiddelen te creëren die sneller en efficiënter door het lichaam van een patiënt bewegen, zoals nieuwe soorten insuline voor de behandeling van diabetes of betere behandelingen voor neurologische ziekten zoals Alzheimer. sommigen denken dat venom-onderzoek nieuwe systemen kan bieden voor de afgifte van geneesmiddelen die gericht zijn op het beperken van snel verspreidende vormen van kanker., Anderen willen de ingrediënten van het gif gebruiken voor de behandeling van verslaving. Een component van Kegel slakkengif is zelfs gebruikt in anti-rimpel crèmes nu op de markt die de kracht van de ontsteking te werken onder de huid, puffing uit plooien en fijne lijntjes op menselijke gezichten.Marí en zijn team gebruikten kegelslak toxines als moleculaire probes om een belangrijke overlap tussen het immuunsysteem en het centrale zenuwstelsel bij de mens te identificeren., Hun werk toonde voor het eerst aan dat een klassieke toxine—een meestal geassocieerd met het centrale zenuwstelsel—ook een impact kan hebben op het immuunsysteem, waarbij sommige cellen op specifieke manieren worden gesignaleerd zodra bepaalde soorten conotoxinen, bekend als conotoxinen, het lichaam binnenkomen. De nieuwe informatie kan helpen bij de ontwikkeling van therapieën voor het uitroeien van maag -, borst-en longkanker en bij de bestrijding van tuberculose, aangezien al deze ziekten leiden tot overproductie van sommige cellen., In plaats van het toxine als een echte remedie te gebruiken, zou het werk een routekaart bieden voor een beter begrip (en misschien het beheersen) van de groei van ongewenste cellen.voor een andere studie die onlangs werd gepubliceerd in het Journal of Proteomics, werkten Marí en zijn team aan de isolatie en karakterisering van een enzym in het slakkengif dat Conohyal-P1 heet. Zij gebruikten een ultrahoge resolutie massaspectrometer, één van de krachtigste beschikbare hulpmiddelen om proteã nen in een steekproef te identificeren en te tellen. Een soortgelijk enzym wordt gevonden in zowel koraalduivel als bijengif., Verrassend genoeg wordt het ook gevonden in vele soorten zoogdiersperma, waar het helpt om celwanden van eierstokken te verzwakken en de toegang van het sperma en succesvolle voortplanting te vergemakkelijken.
” We wisten dat dit enzym in staat was om extracellulair weefsel af te breken, ” zegt Marí, verwijzend naar de buitenste membranen van cellen. “We zijn nu in staat geweest om de activiteit van het enzym zorgvuldig te evalueren voor iedereen om te gebruiken in toekomstige werkzaamheden. Daarnaast hebben we een nieuw subtype geïdentificeerd dat nog niet eerder bekend was.,in een derde paper, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Neuropharmacology, evalueerden Marí en zijn team toxines in het slakkengif van de kegel door ze te testen op het centrale zenuwstelsel van fruitvliegen. Hoewel de fruitvlieg op vele manieren zeer verschillend is van mensen, kan het centrale zenuwstelsel een groot model voor een grote verscheidenheid van medische studies verstrekken omdat de basisstructuur van cellen in de hersenen van de fruitvlieg gelijkaardig is aan de structuur van cellen in menselijke hersenen. Als een hersencel van een fruitvlieg op één manier reageert, weten wetenschappers dat een menselijke cel dat ook doet.,Marí ‘ s team wilde specifiek weten hoe conotoxinen interageren met verschillende moleculaire doelwitten in het zenuwstelsel van hun prooi. Paarse kegel slakkengif bevat een groot aantal van deze eiwit bouwstenen, meer dan 2000 van hen.
” het venom is ongelooflijk complex, ” zegt Marí. “We wilden de vraag beantwoorden: welke onderdelen kunnen als medicijn worden gebruikt?”
in dit geval vonden ze dat de reactie van de vliegen op injecties van kegelslakgif voornamelijk plaatsvond in de receptoren die de spierbeweging en verslaving regelen., Dergelijke details kunnen nuttig zijn bij de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen voor de ziekte van Parkinson, die vaak het spier-skeletstelsel teistert, waardoor het vermogen van een patiënt om fundamentele lichaamsbewegingen te controleren wordt aangetast. Het kan ook helpen bij de ontwikkeling van effectieve nicotineverslaving behandelingen.
” Het patroon op een kegelvormige slakkenhuis is erg mooi, ” zegt Marí. “Maar ik denk dat de biologie en biochemie nog mooier zijn, en als we alle verschillende aspecten van het GIF onderzoeken, kunnen we allerlei nieuwe mogelijkheden openen voor medisch gebruik. We zijn eindelijk in staat om de code te kraken.”