Come il Cono Lumaca Veleno Mortale Può aiutarci a Costruire Meglio i Farmaci
In natura, cono lumache arpione loro preda come si muove. In laboratorio, la lumaca cono ha imparato a scambiare veleno per la cena. Qui, una lumaca estende la sua proboscide e scarica un colpo di veleno in un tubo di lattice. Per vedere altre foto, si prega di visualizzare il saggio fotografico completo.,
Le lumache a cono hanno ispirato gli esseri umani per secoli. Le comunità costiere hanno spesso scambiato le loro belle conchiglie come denaro e le hanno messe in gioielleria. Molti artisti, tra cui Rembrandt, li hanno rappresentati in schizzi e dipinti. Ora, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) stanno trovando questi predatori mortali ispiratori, anche, mentre cercano nuovi modi per curare vecchi problemi medici usando le lumache velenose come modelli.,
“Questo è lo stesso veleno usato per uccidere i dinosauri in ‘Jurassic Park’”, dice il biochimico NIST Frank Marí, con una risatina. “È roba spaventosa, ma quel potere potrebbe essere usato per un diverso tipo di bene nella vita reale.”
Come tutti gli scienziati del NIST, Marí misura le cose. In particolare, misura l’RNA e le proteine associate al lavoro all’interno degli animali marini. Come la tecnologia è migliorata nel corso degli anni, lui e il suo team sono diventati meglio in grado di esaminare, analizzare e catalogare le molecole al lavoro in alcune delle creature meno conosciute dell’oceano, tra cui lumache cono., Quest’anno, il suo laboratorio ha fatto diverse scoperte significative sul loro veleno, scoperte che potrebbero alla fine portare allo sviluppo di nuovi farmaci per malattie difficili da trattare. Imitando il modo in cui queste piccole creature silenziose forniscono veleno, gli scienziati potrebbero essere in grado di fornire cure migliori.
In un dato giorno, Marí può essere trovato camminando su e giù per le file di vasche d’acquario gorgoglianti presso l’Hollings Marine Laboratory di Charleston, Carolina del Sud, controllando le 60 singole lumache a cono che hanno vissuto nel suo laboratorio negli ultimi 15 anni., Una volta alla settimana, lui e il suo staff fanno una sorta di delicata trattativa con loro, scambiando un pesce morto per una dose di veleno da raccogliere in un tubo e conservare per l’uso in misurazioni e indagini scientifiche in corso.
“Le lumache a cono sono così insolite”, dice Marí. “Non sono davvero come qualsiasi altra creatura sulla Terra, e lavorare con loro è quasi come lavorare con un extraterrestre. Ma è anche divertente. Il sistema cono lumaca è come un negozio di caramelle a qualcuno come me.”
Più di 800 specie di lumache a cono sono state trovate in tutto il mondo, per lo più in zone tropicali più calde., Sono creature solitarie e senza volto e non aggressive, ma pungeranno in difesa quando vengono raccolte da un inconsapevole collezionista di conchiglie. Le più piccole lumache cono impartire una puntura che è circa potente come una puntura d’ape, ma la puntura di specie più grandi può uccidere un essere umano adulto nel giro di poche ore. La lumaca cono mortale è pensato per essere la “lumaca sigaretta” del Indo-Pacifico, una lumaca circa la lunghezza del pollice di un uomo che può fornire una tossina così forte che si avrebbe solo il tempo di finire una sigaretta prima di morire dal suo attacco.,
Anche se la sua collezione comprende diverse specie, l’area speciale di Marí è la lumaca cono viola (Conus purpurascens). È una creatura che si trova principalmente nelle acque costiere del Pacifico orientale al largo del Golfo di California fino al Perù e al largo delle isole Galapagos, muovendosi lentamente lungo il fondo roccioso dove cresce fino a pochi centimetri di lunghezza. Come tutte le lumache del genere Conus, questi animali notturni sono comuni, ma spesso non vengono visti dai bagnanti occasionali.,
Nonostante le loro tendenze lente, queste lumache si sono evolute per cacciare abilmente animali molto più veloci al buio sparando un singolo dente simile ad un arpione in altre lumache, pesci e vermi. Una volta iniettata, la preda diventa immediatamente paralizzata e incapace di fuggire. La lumaca poi tira lentamente il pasto immobilizzato all’interno del suo guscio per essere digerito, intero. Ogni dente viene scartato dopo l’uso e immediatamente sostituito da un altro. Alcune lumache a cono viaggiano con circa 20 di questi denti incorporati nei loro sistemi, caricati e pronti per essere sparati quando il prossimo pasto accade di nuotare.,
Nel suo stato nativo, cono lumaca veleno sarebbe ovviamente non fare un grande trattamento per i disturbi umani. Ma disimballandolo un po ‘ alla volta e misurando ogni componente a livello molecolare, Marí e il suo team mirano a capire e catalogare come ogni aspetto di questo veleno fa il suo lavoro.
“Stiamo imparando molto su di loro”, dice Marí.
Perché, ad esempio, il veleno di lumaca cono è in grado di penetrare il sistema nervoso di un altro animale così rapidamente? E come fa a paralizzare una vittima in modo così efficace?, Ancora più sconcertante, alcune singole lumache di cono viola non sono affatto tossiche, cosa che Marí pensa possa essere correlata agli stadi di sviluppo delle lumache.
Le risposte a tutte queste domande potrebbero essere utilizzate per creare nuovi farmaci che si muovono attraverso il corpo di un paziente in modo più rapido ed efficiente, come nuovi tipi di insulina per il trattamento del diabete o trattamenti migliori per malattie neurologiche come l’Alzheimer. Alcuni pensano che la ricerca sul veleno possa fornire nuovi sistemi di somministrazione per farmaci che mirerebbero a ridurre le forme di cancro a diffusione rapida., Altri vogliono usare gli ingredienti del veleno per il trattamento della dipendenza. Un componente di cono lumaca veleno è stato utilizzato anche in anti-rughe creme ora sul mercato che ha messo il potere di infiammazione a lavorare sotto la pelle, sbuffando pieghe e linee sottili su volti umani.
Per un articolo appena pubblicato su Scientific Reports, Marí e il suo team hanno utilizzato le tossine della lumaca cono come sonde molecolari per identificare un’importante sovrapposizione tra il sistema immunitario e il sistema nervoso centrale negli esseri umani., Il loro lavoro ha dimostrato per la prima volta che una tossina classica—di solito associata al sistema nervoso centrale—può anche avere un impatto nel sistema immunitario, per cui alcune cellule vengono segnalate in modi specifici una volta che alcuni tipi di peptidi di lumaca cono, noti come conotossine, entrano nel corpo. Le nuove informazioni possono aiutare nello sviluppo di terapie per l’eradicazione dei tumori gastrici, mammari e polmonari, nonché nel controllo della tubercolosi, poiché tutte queste malattie innescano la sovrapproduzione di alcune cellule., Piuttosto che utilizzare la tossina come una cura reale, il lavoro fornirebbe una road map per una migliore comprensione (e forse il controllo) la crescita di cellule indesiderabili.
Per un altro studio pubblicato di recente sul Journal of Proteomics, Marí e il suo team hanno lavorato sull’isolamento e la caratterizzazione di un enzima nel veleno di lumaca cono chiamato Conohyal-P1. Hanno usato uno spettrometro di massa ad altissima risoluzione, uno degli strumenti più potenti disponibili per identificare e contare le proteine in un campione. Un enzima simile si trova sia nel pesce leone che nei veleni delle api., Sorprendentemente, si trova anche in molti tipi di sperma di mammiferi, dove aiuta a indebolire le pareti cellulari delle ovaie e facilitare l’ingresso dello sperma e la riproduzione di successo.
“Sapevamo che questo enzima era in grado di abbattere il tessuto extracellulare”, dice Marí, riferendosi alle membrane più esterne delle cellule. “Ora siamo stati in grado di valutare attentamente l’attività dell’enzima per chiunque di utilizzare nel lavoro futuro. Inoltre, abbiamo identificato un nuovo sottotipo che non era stato conosciuto prima.,”
In un terzo articolo, pubblicato di recente sulla rivista Neuropharmacology, Marí e il suo team hanno valutato le tossine nel veleno della lumaca a cono testandole sul sistema nervoso centrale dei moscerini della frutta. Sebbene la mosca della frutta sia molto diversa dagli umani in molti modi, il suo sistema nervoso centrale può fornire un ottimo modello per un’ampia varietà di studi medici perché la struttura di base delle cellule nel cervello della mosca della frutta è simile alla struttura delle cellule nel cervello umano. Quindi, se una cellula cerebrale della mosca della frutta reagisce in un modo, gli scienziati sanno che anche una cellula umana lo farà.,
Il team di Marí voleva specificamente sapere come le conotossine interagiscono con una varietà di bersagli molecolari nel sistema nervoso delle loro prede. Viola cono lumaca veleno contiene un gran numero di questi blocchi di proteine, più di 2,000 di loro.
“Il veleno è incredibilmente complesso”, dice Marí. “Volevamo rispondere alla domanda: quali parti potrebbero essere usate come medicina?”
In questo caso, hanno scoperto che la risposta delle mosche alle iniezioni di veleno di lumaca cono avveniva principalmente nei recettori che governano il movimento muscolare e la dipendenza., Tali dettagli potrebbero essere utili nello sviluppo di nuovi farmaci per il morbo di Parkinson, che spesso danneggia il sistema muscolo-scheletrico, compromettendo la capacità di un paziente di controllare i movimenti corporei di base. Potrebbe anche aiutare con lo sviluppo di efficaci trattamenti di dipendenza da nicotina.
“Il modello su un guscio di lumaca cono è molto bello,” dice Marí. “Ma penso che la biologia e la biochimica siano ancora più belle, e mentre esploriamo tutti i diversi aspetti del veleno, possiamo aprire tutti i tipi di nuove opportunità per l’uso medico. Siamo finalmente in grado di decifrare il codice.”