Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Podwodne królestwo chemioterapii
Podwodne królestwo chemioterapii
Zbiorniki wodne zajmują 70% powierzchni naszej planety, tymczasem jedynie niewielki procent największych z nich — oceanów, został do tej pory poznany. Organizmy morskie stanowią około połowę wszystkich gatunków występujących na Ziemi. Ich wyjątkowość wynika między innymi z mniejszego wpływu człowieka na ich życie oraz wyższej presji ewolucyjnej w stosunku do tych żyjących na lądzie. Nic dziwnego, że pobudza to wyobraźnię naukowców. Poszukiwacze nowych substancji o działaniu przeciwnowotworowym traktują wody oceanów jako bogate źródło potencjalnych leków. W organizmach morskich udało się wykryć wiele unikatowych związków o obiecujących właściwościach. Od roku 1970 do 2013 uzyskano około 15000 bioaktywnych substancji z morskich bakterii, glonów oraz bezkręgowców. Według danych z 2012 roku, 118 substancji pochodzących z organizmów morskich jest obecnie w badaniach przedklinicznych, kolejne 22 już w badaniach klinicznych.

Bogactwa uzyskiwane z mórz i oceanów mają swoje miejsce w medycynie tradycyjnej. W Chinach, leki uzyskiwane z wodorostów stosowane są w nowotworach, ropniach, czy też różnego rodzaju bólach. Z kolei glony w postaci proszków i wodnych ekstraktów wykorzystuje się jako chroniące przed rakiem suplementy diety w tradycyjnej medycynie chińskiej i japońskiej. Morskie bezkręgowce są częścią medycyny południowoamerykańskiej oraz Wysp Australii i Oceanii.

Dzięki rozwojowi metod odławiania z głębokich wód oraz technologii ekstrakcji nastąpił zdecydowany progres w uzyskiwaniu nowych aktywnych substancji. Wydaje się, że zwłaszcza wtórne metabolity organizmów wodnych znajdą zastosowanie w leczeniu. Wśród nich można wymienić alkaloidy, antrachinony, makrolidy, peptydy, terpeny oraz lipidy. Niektóre same potencjalnie będą stosowane jako leki przeciwnowotworowe, inne zaś stanowią modele do otrzymywania półsyntetycznych pochodnych.

Jedne z najprostszych form życia, morskie cyjanobakterie, zdolne są do produkcji licznych peptydów o interesujących właściwościach. Cykliczny depsypeptyd Apratoksyna A, uzyskiwany z Lyngbya majuscsula, w badaniach działał cytotoksycznie na komórki raka szyjki macicy. Otrzymywany z Symploca sp. Symplostatin 1 wykazywał aktywność w stosunku do komórek ludzkiego nowotworu płuc i raka piersi, powodując fosforylację białka Bcl-2 oraz aktywację kaspaz. Inne peptydy, pochodzące z Lyngbya sp. oraz Nostoc sp., były skuteczne przeciwko różnym liniom komórek nowotworowych, m.in. poprzez zaburzenia mikrofilamentów oraz hamowanie ścieżek sekrecji.

Glony przedstawiają zadziwiające —wręcz bogactwo produkowanych biomolekuł- rozpoczynając od tych o działaniu przeciwzapalnym, antyoksydacyjnym i przeciwproliferacyjnym, kończąc na toksynach powodujących u ludzi choroby neurodegeneracyjne. Ekstrakty wodne z czerwonych alg Gracilaria corticata i Sargassum oligocystum hamowały proliferację linii ludzkich komórek białaczki. Z kolei zielone algi Capsosiphon fulvescens zawierają polisacharydy, które w badaniach prowadziły do indukcji apoptozy komórek raka żołądka. Także wyniki badań nad brązowymi glonami są warte odnotowania. Produkowane przez nie glikoproteiny i fukoidany działały cytotoksycznie przeciwko komórkom raka jelita grubego.

Bujne życie kwitnie również na samym dnie mórz i oceanów. Wyciąg metanolowy z koralowców Nephthea posiada udowodnione już w badaniach działanie przeciwnowotworowe. Natomiast żachwy, drobne zwierzęta przypominające wyglądem dzbany, wytwarzają szereg aktywnych substancji, wśród nich antyoksydanty, peptydy i steroidy. Z rodzaju Trididemnum sp. otrzymano Didemnin B, pierwszy przeciwnowotworowy peptyd pochodzący z organizmów morskich, który został objęty badaniami klinicznych. Niestety, ze względu na krótkie działanie, toksyczność oraz słabą rozpuszczalność w wodzie, został z nich wycofany. Wydaje się, iż bezpieczniejszym od niego związkiem może być peptyd Aplidine, również uzyskiwany z żachw, o aktywności wieloczynnikowego induktora apoptozy z dodatkowym działaniem antyangiogenicznym. Natomiast karaibska osłonica Ecteinascidia turbinata była oryginalnym, lecz bardzo mało wydajnym źródłem Trabectedinu- leku stosowanego w mięsaku tkanek miękkich. Wydajność procesu została znacznie poprawiona poprzez wprowadzenie półsyntezy rozpoczynającej się od antybiotyku o nazwie Cyanosafracin B.  

Gąbki morskie produkują ponad 70 substancji o aktywności inhibitorów kinaz proteinowych. Z trzech rodzajów gąbek: Haliclona, Petrosia oraz Discodemia, otrzymano związki o wyjątkowych właściwościach przeciwzapalnych i przeciwnowotworowych. Niestety, istnieją problemy z uzyskaniem tych substancji w warunkach laboratoryjnych w satysfakcjonującej wydajności. Inna gąbka, Fascaplysinopsis bergquist, uwalnia czerwony pigment Fascaplysin, który działa cytotoksycznie na kilka rodzajów nowotworowych linii komórkowych. Substancja ta wykazywała również pozytywne efekty w badaniach in vivo na modelu myszy, przeciwko komórkom mięsaka. Z kolei z gąbek z rodzaju Zyzzya uzyskano alkaloidy znane jako makaluvaminy. Ich syntetyczna pochodna, FBA-TPQ, prawdopodobnie może służyć jako lek w terapii nowotworu jajnika.

Stożki, morskie ślimaki o często zachwycających muszlach, wytwarzają tzw. conotoksyny. Z tej grupy pochodzi pierwszy wprowadzony do leczenia związek pochodzący z organizmów morskich, Ziconotide, o działaniu przeciwbólowym. Jest on syntetyczną formą peptydu ω-conotoxin MVIIA.  Conotoksyny są obecnie badane pod kątem działania przeciwnowotworowego. Metabolity o ciekawych właściwościach produkują także tzw. zające morskie (ich właściwa nazwa brzmi Aplysiomorpha). Przykładem jest Dolastatin 10, substancja niezwykle aktywna, hamująca gromadzenie mikrotubul oraz polimeryzację tubuliny. Dolastatin 10 jest komponentą wprowadzonej już do leczenia substancji, o nazwie Brentuximab vedotin. Poza tym peptydem zawiera ona także przeciwciało specyficzne przeciwko białku CD30 oraz umiejscowiony między nimi łącznik rozszczepialny przez proteazy. Lek jest stosowany w ziarnicy złośliwej oraz anaplastycznym chłoniaku wielkokomórkowym. Elysia rufescens jest z kolei przedstawicielem Sacoglossa, znanych też jako „wysysające soki morskie ślimaki”. Kahalalide F, produkowany przez nie peptyd,  zaburza funkcję lizosomów oraz ekspresję niektórych genów. Potencjalnie może on być skuteczny w leczeniu wielu nowotworów, m.in. prostaty, niedrobnokomórkowego raka płuca, czy też czerniaka.

Naukowcy podkreślają potrzebę poszukiwania nowych przeciwnowotworowych leków z naturalnych źródeł. Przyczynami tego stanu rzeczy są poważne działania niepożądane stosowanych terapii oraz zjawisko wielolekowej oporności nowotworów. Związki uzyskiwane z morskich gatunków przedstawiają niezwykłą różnorodność, często posiadają szerokie spektrum terapeutyczne, mały stopień odkładania się w tkankach oraz stosunkowo niską toksyczność. Biologicznie aktywne morskie peptydy są zwykle metabolicznie oraz alergologicznie tolerowane przez ludzkie ciało. Wysoka aktywność tych substancji prawdopodobnie może wynikać z rodzaju środowiska, w jakim żyją produkujące je zwierzęta. Większość z nich służy jako system obronny przed drapieżnikami. Dlatego też toksyny muszą szybko penetrować przez błony i działać, zanim dojdzie do ich rozcieńczenia w wodzie. Niestety, z ich pozyskiwaniem związane są poważne problemy technologiczne oraz naukowe. Pojawiają się też niepewności co do prawnego uregulowania korzystania z bogactw morskich na większą skalę. Głębokie połacie mórz i oceanów nadal stanowią dla nas zagadkę, a wyniki ich eksploracji mogą doprowadzić do zadziwiających postępów, nie tylko w chemioterapii.

 

Irmina Włodarczyk

Źródła

1. Lee, J.-Ch., Hou, M.-F., Huang, H.-W., Chang, F.-R., Yeh, Ch.-Ch., Tang, J.-Y., Chang, H.-W., Marine algal natural products with anti-oxidative, anti-inflammatory, and anti-cancer properties, [w:] “Cancer Cell International” 2013/13, str. 1-7.

2. Malaker, A., Ahmad, Sh.A.I., Therapeutic Potency Of Anticancer Peptides Derived From Marine Organism, [w:] “International Journal of Engineering and Applied Sciences” 2013/2, str. 82-94.

3. Murugan, K., Iyer, V.V., Differential growth inhibition of cancer cell lines and antioxidant activity of extracts of red, brown, and green marine algae, [w:] “In Vitro Cellular & Developmental Biology. Animal” 2013/49, str. 324–334.

4. Pelay-Gimeno, M., Tulla-Puche, J., Albericio, F., “Head-to-Side-Chain” Cyclodepsipeptides of Marine Origin, [w:] “Marine Drugs” 2013/11, str. 1693-1717

5. Sawadogo, W.R., Schumacher, M., Teiten, M.-H., Cerella, C., Dicato, M., Diederich, M., A Survey of Marine Natural Compounds and Their Derivatives with Anti-Cancer Activity Reported in 2011, [w:] “Molecules” 2013/18, str. 3641-3673

6. http://oceanservice.noaa.gov/facts/exploration.html (29.07.2013)

KOMENTARZE
Newsletter