Een schorpioen afkomstig uit Oost-Mexico kan meer dan alleen gif in zijn angel hebben. Onderzoekers van Stanford University en in Mexico hebben ontdekt dat het gif ook twee van kleur veranderende verbindingen bevat die bacteriële infecties kunnen helpen bestrijden.

Het team isoleerde niet alleen de verbindingen in het gif van de schorpioen, maar synthetiseerde ze ook in het laboratorium en verifieerde dat de in het laboratorium gemaakte versies stafylokokken en resistente tuberculosebacteriën in weefselmonsters en bij muizen doodden.

De bevindingen, gepubliceerd in het nummer van 10 juni van het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , de potentiële farmacologische schatten benadrukken die wachten op ontdekking in de gifstoffen van schorpioenen, slangen, slakken en andere giftige wezens.

"Volume, schorpioenengif is een van de kostbaarste materialen ter wereld. Het zou $ 39 miljoen kosten om een ​​gallon ervan te produceren, " zei senior auteur Richard Zare, die de Stanford-groep leidde. "Als je alleen afhankelijk was van schorpioenen om het te produceren, niemand kon het betalen, dus het is belangrijk om te identificeren wat de kritische ingrediënten zijn en deze te kunnen synthetiseren."

Schorpioenen melken

Zare werkte samen met zijn collega's in Mexico, waaronder Lourival Possani, een professor in de moleculaire geneeskunde aan de Nationale Universiteit van Mexico, wiens studenten exemplaren van de schorpioen Diplocentrus melici vingen voor studie.

"Het verzamelen van deze soort schorpioen is moeilijk omdat tijdens de winter en de droge seizoenen, de schorpioen is begraven, ' zei Possani. 'We kunnen het alleen in het regenseizoen vinden.'

De afgelopen 45 jaar heeft Possani heeft zich gericht op het identificeren van verbindingen met farmacologisch potentieel in schorpioengif. Zijn groep heeft eerder krachtige antibiotica ontdekt, insecticiden en antimalariamiddelen verborgen in het gif van de spinachtige.

Toen de Mexicaanse onderzoekers het gif van D. melici melkten - een proces waarbij de staart wordt gestimuleerd met milde elektrische pulsen - merkten ze dat het gif van kleur veranderde, van helder tot bruinachtig, wanneer het werd blootgesteld aan lucht.

Toen Possani en zijn lab deze ongewone kleurverandering onderzochten, ze vonden twee chemische verbindingen waarvan ze dachten dat ze verantwoordelijk waren. Een van de verbindingen werd rood bij blootstelling aan lucht, terwijl de andere blauw werd.

Voor meer informatie over elke verbinding, Possani reikte naar de groep van Zare op Stanford, die een reputatie heeft voor het identificeren en synthetiseren van chemicaliën.

Met slechts een klein stukje van het gif, De postdoctorale onderzoekers Shibdas Banerjee en Gnanamani Elumalai van Stanford waren in staat om de moleculaire structuur van de twee verbindingen te achterhalen. "We hadden maar 0,5 microliter van het gif om mee te werken, " zei Zare, die de Marguerite Blake Wilbur Professor in Natural Science is aan de Stanford's School of Humanities and Sciences. "Dit is tien keer minder dan de hoeveelheid bloed die een mug in één portie opzuigt."

Met behulp van aanwijzingen die zijn verkregen door de verbindingen door verschillende chemische analysetechnieken te laten lopen, de Stanford-wetenschappers concludeerden dat de kleurveranderende ingrediënten in het gif twee voorheen onbekende benzochinonen waren - een klasse ringachtige moleculen waarvan bekend is dat ze antimicrobiële eigenschappen hebben.

De benzochinonen in het schorpioengif bleken bijna identiek aan elkaar te zijn. "De twee verbindingen zijn structureel verwant, maar terwijl de rode een zuurstofatoom heeft op een van zijn takken, de blauwe heeft een zwavelatoom, ' zei Banerjee.

De groep bevestigde de structuren van de verbindingen toen, door veel vallen en opstaan, ze leerden ze te synthetiseren. "Veel van de reacties die je op papier schrijft en die lijken te werken, werken niet echt als je ze in het lab probeert, dus je moet geduld hebben en veel verschillende ideeën hebben, " zei Stanford MD-Ph.D. afgestudeerde student Shyam Sathyamoorthi, die de synthese-inspanningen leidde.

Medicijnpotentieel

Zare's lab stuurde een partij van de nieuw gesynthetiseerde benzoquinonen naar Rogelio Hernández-Pando, een patholoog aan het Salvador Zubirán National Institute of Health Sciences and Nutrition in Mexico City, wiens groep de in het laboratorium gemaakte verbindingen testte op biologische activiteit.

De groep van Hernández-Pando ontdekte dat het rode benzoquinon bijzonder effectief was in het doden van de zeer besmettelijke stafylokokkenbacteriën, terwijl de blauwe dodelijk was voor zowel normale als multiresistente stammen van tuberculose-veroorzakende bacteriën.

"We ontdekten dat deze verbindingen bacteriën doodden, maar toen werd de vraag 'zal het je doden, ook?'" zei Zare. "En het antwoord is nee:de groep van Hernández-Pando toonde aan dat de blauwe verbinding tuberculosebacteriën doodt, maar de bekleding van de longen bij muizen intact laat."

Possani zei dat de antimicrobiële eigenschappen van de verbindingen misschien niet waren ontdekt als de groep van Zare niet had ontdekt hoe het te synthetiseren, waardoor het in grotere hoeveelheden kan worden geproduceerd. "De hoeveelheid gifcomponenten die we van de dieren kunnen krijgen, is extreem laag, " zei Possani. "De synthese van de verbindingen was beslissend voor het succes van dit werk."

De wetenschappers van Stanford en Mexico plannen verdere samenwerkingen om te bepalen of de geïsoleerde gifverbindingen kunnen worden omgezet in medicijnen en ook waarom ze in de eerste plaats in het gif aanwezig zijn.

"Deze verbindingen zijn misschien niet de giftige component van het gif, ' zei Zare. 'We hebben geen idee waarom de schorpioen deze verbindingen maakt. Er zijn meer mysteries."