Forskere syntetiserer helbredende forbindelser i skorpiongift

En skorpion hjemmehørende i det østlige Mexico kan have mere end blot toksin i brodden. Forskere ved Stanford University og i Mexico har fundet ud af, at giften også indeholder to farveskiftende forbindelser, der kan hjælpe med at bekæmpe bakterielle infektioner.

Holdet isolerede ikke kun forbindelserne i skorpionens gift, men også syntetiserede dem i laboratoriet og verificerede, at de laboratoriefremstillede versioner dræbte stafylokokker og lægemiddelresistente tuberkulosebakterier i vævsprøver og i mus.

Fundene, offentliggjort i tidsskriftets 10. juni-udgave Proceedings of the National Academy of Sciences , fremhæve de potentielle farmakologiske skatte, der venter på opdagelse i skorpions toksiner, slanger, snegle og andre giftige væsner.

"Med volumen, skorpiongift er et af de mest værdifulde materialer i verden. Det ville koste 39 millioner dollars at producere en gallon af det, " sagde seniorforfatter Richard Zare, der ledede Stanford-gruppen. "Hvis du kun var afhængig af skorpioner for at producere det, ingen havde råd til det, så det er vigtigt at identificere, hvad de kritiske ingredienser er og være i stand til at syntetisere dem."

Malker skorpioner

Zare arbejdede sammen med sine kolleger i Mexico, herunder Lourival Possani, en professor i molekylær medicin ved National University of Mexico, hvis elever fangede eksemplarer af skorpionen Diplocentrus melici til undersøgelse.

"Indsamlingen af ​​denne skorpionart er vanskelig, fordi om vinteren og den tørre sæson, skorpionen er begravet, " sagde Possani. "Vi kan kun finde det i regntiden."

I de sidste 45 år, Possani har fokuseret på at identificere forbindelser med farmakologisk potentiale i skorpiongift. Hans gruppe har tidligere afsløret potente antibiotika, insekticider og anti-malariamidler gemt i edderkoppens gift.

Da de mexicanske forskere malkede giften fra D. melici - en proces, der involverer stimulering af halen med milde elektriske impulser - bemærkede de, at giften ændrede farve, fra klar til brunlig, når den blev udsat for luft.

Da Possani og hans laboratorium undersøgte denne usædvanlige farveændring, de fandt to kemiske forbindelser, som de troede var ansvarlige. En af forbindelserne blev rød, når den blev udsat for luft, mens den anden blev blå.

For at finde ud af mere om hver forbindelse, Possani nåede ud til Zares gruppe på Stanford, som har ry for at identificere og syntetisere kemikalier.

Ved kun at bruge en lille prøve af giften, Stanfords postdoktorale forskere Shibdas Banerjee og Gnanamani Elumalai var i stand til at beregne den molekylære struktur af de to forbindelser. "Vi havde kun 0,5 mikroliter af giften at arbejde med, " sagde Zare, som er Marguerite Blake Wilbur-professor i naturvidenskab ved Stanford's School of Humanities and Sciences. "Dette er ti gange mindre end mængden af ​​blod, en myg vil suge i en enkelt portion."

Ved at bruge spor indsamlet fra at køre forbindelserne gennem forskellige kemiske analyseteknikker, Stanford-forskerne konkluderede, at de farveskiftende ingredienser i giften var to hidtil ukendte benzoquinoner - en klasse af ringlignende molekyler, der vides at have antimikrobielle egenskaber.

Benzoquinonerne i skorpiongiften så ud til at være næsten identiske med hinanden. "De to forbindelser er strukturelt beslægtede, men hvorimod den røde har et oxygenatom på en af ​​sine grene, den blå har et svovlatom, " sagde Banerjee.

Gruppen bekræftede forbindelsernes strukturer, når, gennem mange forsøg og fejl, de lærte at syntetisere dem. "Mange af de reaktioner, du skriver på papir, der ser ud til at virke, virker faktisk ikke, når du prøver dem i laboratoriet, så du skal være tålmodig og have mange forskellige ideer, " sagde Stanford MD-Ph.D. kandidatstuderende Shyam Sathyamoorthi, der ledede syntesebestræbelserne.

Lægemiddelpotentiale

Zares laboratorium sendte en batch af de nyligt syntetiserede benzoquinoner til Rogelio Hernández-Pando, en patolog ved Salvador Zubirán National Institute of Health Sciences and Nutrition i Mexico City, hvis gruppe testede de laboratoriefremstillede forbindelser for biologisk aktivitet.

Hernández-Pandos gruppe fandt ud af, at den røde benzoquinon var særlig effektiv til at dræbe de meget infektiøse stafylokokker, mens den blå var dødelig for både normale og multiresistente stammer af tuberkulosefremkaldende bakterier.

"Vi fandt ud af, at disse forbindelser dræbte bakterier, men så blev spørgsmålet 'Vil det dræbe dig? også?'" sagde Zare. "Og svaret er nej:Hernández-Pandos gruppe viste, at den blå forbindelse dræber tuberkulosebakterier, men efterlader slimhinden i lungerne i mus intakt."

Possani sagde, at forbindelsernes antimikrobielle egenskaber måske ikke var blevet opdaget, hvis Zares gruppe ikke havde fundet ud af, hvordan de skulle syntetisere det, således at det kan produceres i større mængder. "Mængden af ​​giftkomponenter, vi kan få fra dyrene, er ekstremt lav, " sagde Possani. "Syntesen af ​​forbindelserne var afgørende for dette arbejdes succes."

Stanford og mexicanske videnskabsmænd planlægger yderligere samarbejder for at afgøre, om de isolerede giftforbindelser kan omdannes til lægemidler, og også hvorfor de er til stede i giften i første omgang.

"Disse forbindelser er muligvis ikke den giftige bestanddel af giften, " sagde Zare. "Vi aner ikke, hvorfor skorpionen laver disse forbindelser. Der er flere mysterier."