Sanatatea umanitatii se poate baza pe ceea ce se afla pe fundul marii arctice

In adancime | Medicament

Sanatatea umanitatii se poate baza pe ceea ce se afla pe fundul marii arctice

(Credit de imagine:

David Wolman

)

De David Wolman, 6 mai 2016

Viata ciudata si nedescoperita in marile inghetate din nord ar putea fi vitala pentru bunastarea noastra viitoare. David Wolman a iesit pe o barca in largul coastei Norvegiei pentru a afla de ce.

T

Capitanul navei de cercetare Hyas se apleaca peste pupa. Controland un troliu cu o singura mana, el urmareste cum un cablu se invarte incet din adancuri, urmarind o plasa triunghiulara verde de dimensiunea unei roabe.

Biologul marin Richard Ingebrigtsen ingenuncheaza pentru a se intoarce si apoi a scutura plasa grea, trimitand o avalansa de scoici, alge marine, alge, castraveti de mare, bureti, stele de mare, creveti mici si fragmente de coaja cazand intr-o cada de plastic neagra. Exista chiar si un paianjen, numit hyas in norvegiana.

Suntem in largul coastei nordului Norvegiei, mult deasupra cercului polar polar si, desi este inceputul verii, varfurile inalte din departare sunt acoperite cu zapada proaspata. Nu este de mirare ca Ingebrigtsen este imbracat in echipamentul de iarna. El examineaza captura de astazi de parca fiecare obiect ar contine o comoara secreta si doi arici rosii ii atrag atentia. Deoarece aceste organisme sunt mai greu de gasit, Ingebrigtsen le plaseaza intr-o galeata separata. Mai tarziu, le va livra unui coleg specializat in arici si molecule derivate din acestea. „Va fi fericit”, spune Ingebrigtsen. „Poate ca pot primi una sau doua beri ca plata.”

Stropul de mare colonial este doar una dintre comorile care atrag atentia lui Ingebrigtsen (Credit: David Wolman)

Oamenii de stiinta sunt in cautarea unui alt tip de recompensa: chimia care ar putea sa va salveze viata

In ciuda senzatiei pe indelete a acestei croaziere, are o misiune serioasa. Timp de secole, oamenii din aceasta parte a lumii au supravietuit din resurse de mare protejate – somon, cod, halibut, balena. Pescuitul (si petrolul) continua sa ofere tarii bogatii. Dar acum oamenii de stiinta precum Ingebrigtsen sunt in cautarea unui alt tip de recompensa: chimia care ar putea sa va salveze viata.

Omenirea se confrunta cu o urgenta completa atunci cand vine vorba de absenta unor noi medicamente. Rezistenta antimicrobiana devine rapid un flagel al timpului nostru, in timp ce lupta impotriva ucigasilor neincetati, cum ar fi cancerul si bolile de inima, poate beneficia intotdeauna de noi arme moleculare. Si acesta este doar inceputul. Alzheimer, diabet, medicamente pentru durere si medicamente antivirale – avem nevoie de toate si multe altele, ca sa nu mai vorbim de noi instrumente chimice pentru aplicatii la fel de variate precum cosmeticele si produsele lactate. Toate acestea trebuie sa spuna ca excursii ca aceasta sunt mult mai mult decat romantismul catalogarii lumii naturale.

Array

In calitate de candidat la doctorat la Universitatea din Tromso si membru al programului de descoperire biologica al Centrului de cercetare polar, Ingebrigtsen a fost in centrul acestei misiuni. „Lucruri valoroase sunt acolo”, spune el. „Dar trebuie sa o cauti”. In timp ce vorbim, el ridica o scoica de scoica, atasata de care este un briozou, care arata ca un copac cu frunze de culoare rosu inaltime de jumatate de centimetru. Apoi, el inspecteaza ceva numit squirt de mare colonial, un organism care este la fel de carismatic ca si continutul unui tesut uzat.

Proiectul Ingebrigtsen face parte dintr-un proiect mai mare de „bioprospectie” care incearca sa creeze organisme ale marii (Credit: David Wolman)

In ciuda aspectului lor modest, creaturi precum aceste stropi, briozoanele, buretii si microalgele arata o mare promisiune pentru dezvoltarea de noi medicamente, deoarece moleculele cu care le-a echipat evolutia pot fi de-a dreptul radicale. Cum altfel aceste creaturi stationare si altfel fara aparare vor supravietui conditiilor intunecate, corozive, turbulente ale marii si amenintarilor neincetate ale pradatorilor? „Au plutit in jur sau au ramas acolo jos pe fund de milioane si milioane de ani”, spune Ingebrigtsen, minunandu-se de un alt briozou de parca ar fi fost un diamant. Solutiile pe care le-au evoluat pentru a supravietui sunt salbatice, ciudate, misterioase si potential destul de utile.

Si mai exista o alta adaptare pe care o stropesc, buretii, microalgele si alte creaturi din apele din jurul Norvegiei, care prezinta un interes deosebit pentru Ingebrigtsen si colegii sai, una care a facut din apele nordului indepartat un punct fierbinte in cautarea unei chimii noi. : se pot descurca cu frigul.

Farmacia naturii

Nu este nimic nou in a cauta in natura bunuri utile. Intr-adevar, povestea istoriei umane ar putea fi bine scrisa prin bifarea diferitelor moduri in care stramosii si contemporanii nostri au descoperit cum sa exploateze resursele naturale pentru a ne imbunatati sansele de supravietuire, fie ca sunt instrumente de piatra, lemne de foc, pesti, vaci sau cupru.

La fiecare pas din acea calatorie, stramosii nostri s-au indreptat si catre Mama Natura pentru a vindeca trupul; medicina pe baza de plante a fost un lucru cu mult inainte ca „medicina pe baza de plante” sa fie vreodata un lucru. Mai recent, programele de biodiscoperire in mediile terestre au dat sau au inspirat multe medicamente importante utilizate astazi. Un exemplu comun: chimioterapiile docetaxel si paclitaxel, ambele derivate din tisa. Organismele de la paduri pana la deserturi au dezvaluit tot felul de substante chimice secrete, dintre care unele au dus la terapie, altele s-au dovedit utile pentru produsele de zi cu zi, cum ar fi detergentul pentru rufe.

Dar in a doua jumatate a secolului al XX-lea, tehnologia de laborator pentru sintetizarea chimiei a devenit atat de puternica incat majoritatea companiilor farmaceutice si-au indepartat atentia de la lumea naturala ca sursa pentru urmatoarea generatie de remedii extraordinare. Gandirea a fost ca sinteza rapida si de mare volum si screeningul moleculelor ar oferi o rata mai mare de „lovituri” de succes, in comparatie cu expeditiile costisitoare in natura pentru a descoperi noi molecule preparate de evolutie.

Tisa a inspirat doua medicamente pentru chimioterapie (Credit: Alamy)

Gandirea aceea era gresita. In ciuda tuturor investitiilor in abordari de pusca de laborator, majoritatea medicamentelor noi care au intrat pe piata in ultimii 40 de ani isi au originea in lumea naturala. In calitate de fost sef al ramurii de produse naturale de la Institutul National al Cancerului din SUA, David Newman, a declarat recent pentru Pharmaceutical Journal: „A face ceva din nimic a esuat lamentabil”.

Deocamdata, nici macar supercomputerele nu pot depasi 3 miliarde de ani de evolutie. Compusii obtinuti din natura „sunt atat de diferiti de ceea ce se poate gandi un chimist, incat este incalculabil”. 

Oamenii cred adesea ca suntem cei mai buni in a face lucrurile chimic si apoi descoperim ca natura a mai fost acolo

“Oamenii cred adesea ca suntem cei mai buni in a face lucrurile chimic si apoi descoperim ca natura a mai fost acolo”, este de acord Marcel Jaspars, profesor de chimie la Universitatea din Aberdeen si director Marine Biodiscovery Center la Aberdeen si consilier al program in Tromso. „Intrebi,„ De ce nu ar face natura asta? ” Si raspunsul este ca a facut-o deja. Tocmai am gasit-o. ”

Chiar si asa, doar o mica parte a bioprospectiei are loc pe teren, iar cea mai mare parte a vanatorii continua in laborator, unde oamenii de stiinta analizeaza si testeaza substantele chimice pentru asa-numita bioactivitate. Cand combinati compusi derivati din orice specie cu celule asociate bolii Alzheimer sau cancerului, sa zicem, se intampla reactii? Daca da, ce fel? Sunt mari, mici, dependente de temperatura? Si care este structura chimica subiacenta din spatele tuturor? Adesea, astfel de reactii si, intr-adevar, moleculele care le-au catalizat, sunt deja cunoscute stiintei. Pana in prezent, exista aproximativ 24.000 de molecule catalogate derivate marine, care dau sau iau cateva sute. Dar, uneori, moleculele se dovedesc a fi noi si arata suficienta promisiune ca sunt impinse inainte in conducta de dezvoltare a medicamentelor.

Adaptarile la aceste conditii frigide ar putea oferi substante chimice cu proprietati farmaceutice surprinzatoare (Credit: David Wolman)

Marea este o resursa deosebit de bogata. Pana in urma cu aproximativ 20 de ani, oamenii studiau organismele marine, in principal, doar pentru a sti cu ce creaturi nu trebuie sa calcati alaturi: meduza intepatoare, anghila socanta, pestele mortal. Cu toate acestea, tocmai acele tipuri de aparare pot fi utile stiintei. Si evolutia a functionat in mare mult mai mult decat a avut-o pe uscat, ceea ce inseamna ca viata din oceane a avut mai mult timp pentru a evolua o chimie mai diversa.

In anii 1990, oamenii de stiinta au inceput sa caute noi molecule in oceane, in special in latitudini mai ospitaliere, unde oceanele sunt mai diverse si – sa fim sinceri – mai placute de explorat, cel putin prin metrica vremii costumului de baie. Rezultatele acestei lucrari au fost impresionante. Potrivit Institutului National al Cancerului din SUA, intre 15.000 si 20.000 de compusi, indiferent de unde provin, trebuie sa fie evaluati pentru a gasi doar unul care sa duca la un medicament. Dintre cei aproximativ 24.000 de compusi naturali naturali cunoscuti, 13 agenti chimici diferiti care isi au originea in mediul marin fac parte din studii clinice, dintre care 11 prezinta proprietati de combatere a cancerului. „Descoperirea medicamentelor pentru produse naturale marine este poate de sapte sau opt ori mai eficienta decat alte metode”, spune William Gerwick,

Si au existat multe recompense pe langa aceste trofee medicinale. In primul rand, bioprospectarea si descoperirea de noi specii merg mana in mana, ceea ce influenteaza ceea ce stim despre diverse ecosisteme si poate contribui la eforturile de conservare. In alte cazuri, chimia noua care nu duce in cele din urma la un medicament devine un instrument farmacologic esential – toxinele sau alti agenti utilizati in diferitele procese pentru a forma, sculpta, coace sau rafina molecule. Pana in prezent, cel putin 121 de astfel de produse au fost culese din bureti marini, alge, bacterii si alte organisme.

„Gura de aur” a bioprospectarii se aventureaza acum in teritorii mai ostile (Credit: Alamy)

Nu ca am inceput chiar sa extragem aceasta resursa. Conform estimarilor actuale, doar 1% din bacteriile prezente in apa de mare au fost examinate pentru a vedea daca exista o chimie potential benefica. Dar valoarea bioprospectiei este acum mai inteleasa, iar initiativele de cercetare sunt in curs de desfasurare, din Florida pana in Peninsula Arabica.

In ultimii ani, cercetatorii biodiscoperirii marine se indreapta spre un teritoriu mai ostil si in mare parte neexplorat. Ce face posibil ca anumite bacterii sa traiasca alaturi de un ventil hidrotermal? Deoarece pestii nu isi pot regla temperatura corpului, cu ce utilaje metabolice le-a echipat evolutia, astfel incat sa poata tolera frigul? Si in locul unor aparari precum ghearele, camuflajul sau abilitatea de a inota, cum se apara creaturi mici precum buretii si briozoanele?

O picatura de palmirolida ar ucide o piscina plina de celule tinta

„Exista cativa compusi fabulosi bioactivi care provin din apele reci”, spune Gerwick. Unul, din Antarctica, se numeste palmirolida. „Este o toxina extrem de activa pentru celulele canceroase”, spune Gerwick. Cu o generatie in urma, spune Gerwick, anchetatorii ar fi fost incantati daca doar o picatura dintr-o molecula noua ar ucide suficiente celule urate pentru a umple o cada. „Acum, o picatura ar ucide o piscina plina de celule tinta.” Toxinele pe care aceste organisme le folosesc trebuie sa fie atat de puternice pentru a face fata difuziei in apa; altfel s-ar dilua prea repede pentru a fi de mare folos impotriva unui pradator.

Ceea ce face ca mediul marin din apropierea Norvegiei sa fie un loc deosebit de interesant pentru biodiscoperire este ca aici apele inghetate ale arcticii se ciocnesc cu apele mai calde transportate spre nord de Gulf Stream. Aici, organismele trebuie sa tolereze nu numai temperaturi de inghet sau aproape de inghet, ci si turbulente neincetate cauzate de aceasta ciocnire a curentilor. In acelasi timp, acei curenti sunt ceea ce face ca acest colt al Atlanticului sa fie atat de bogat in nutrienti, ceea ce il face bogat in biodiversitate si, prin extensie, plin de chimie nedescoperita.

Ceea ce lipsea era o cale de urmat.

Enzimele adaptate acestui mediu frigid ar putea detine importante proprietati medicinale (credit: Alamy)

Nu multi oameni pot spune ca au salvat o industrie, dar Trond Jorgensen este unul dintre ei. Antrenat in imunologia mamiferelor, Jorgensen lucra la Universitatea din Tromso in anii 1980, cand soaptele au inceput sa circule despre o boala care lovea stocuri de somon Atlantic crescut.

Boala, vibrioza apei reci, este cauzata de o infectie bacteriana, iar la inceputul anilor 1980 era pe cale sa devasteze populatia de pesti si, impreuna cu aceasta, o mare parte a economiei Norvegiei. Jorgensen a condus echipa care a dezvoltat cu succes un vaccin, rezultand o scadere cu 95% a ratei de noi focare. A fost un salt urias pentru biotehnologia marina in Norvegia. Dupa aceea, Jorgensen si-a putut scrie propriul bilet. El a ales sa ramana in Tromso pentru a continua cercetarea de baza in imunologia pestilor, desi este rapid sa sublinieze distinctia neclara intre cercetarea de baza si cea aplicata. La urma urmei, sistemul imunitar uman a evoluat din cel al pestilor.

Apoi, intr-o dupa-amiaza din primavara anului 1999, s-a trezit vorbind cu seful Consiliului Norvegian de Cercetare din Oslo despre o oportunitate renumita ratata. In 1969, un biolog elvetian care a explorat un platou alpin din sudul Norvegiei a adus acasa o proba de sol care a inclus material din ciuperca tolypocladium inflatum. Un compus derivat din ciuperca, ciclosporina, s-a dovedit a fi un imunosupresor eficient pentru pacientii cu transplant. Pentru a ajuta corpul sa accepte un rinichi sau ficat nou, sistemul imunitar trebuie pacalit sa nu-l respinga pe nou-venit. Aceasta este sarcina ciclosporinei si de atunci a castigat companiei farmaceutice Sandoz (detinuta acum de Novartis) miliarde de dolari.

Unele bacterii isi dezvolta propriile mijloace de aparare impotriva antibioticelor, ceea ce inseamna ca multe medicamente existente nu ne vor proteja de infectii (Credit: Science Photo Library)

Norvegia nu a obtinut nimic din descoperirea ciclosporinei. „Eram gelosi pe elvetieni”, isi aminteste Jorgensen. „Au luat molecula in Norvegia – este aproape un fel de piraterie”. Glumeste despre piraterie; descoperirea, dezvoltarea si utilizarea ciclosporinei sunt perfect legale. (Si norvegienii stiu mai bine decat sa se planga de norocul altor tari. De fapt, exploatarea si dezvoltarea vastelor rezerve de petrol ale Norvegiei incepeau cam in acelasi timp in care omul de stiinta elvetian ratacea in jurul colectiei de ciuperci.)

Barbatul NRC l-a intrebat pe Jorgensen daca ciclosporina ar fi putut fi detectata sau exploatata de oamenii de stiinta norvegieni. Jorgensen a explicat ca era cu siguranta posibil sa gasim astfel de lucruri, dar Norvegia nu avea infrastructura necesara pentru a efectua descoperiri de genul acesta – program de colectii, acces la baze de date de compusi naturali, un depozit dedicat, instrumente pentru screening, izolare, analiza structurii si asa mai departe . „Atunci am decis sa-mi schimb viata”, spune Jorgensen. „In loc sa exportam doar aceste resurse, ar trebui sa le dezvoltam noi insine”.

Printre cele mai recente descoperiri se numara moleculele care inhiba acumularea placii in vasele de sange

Valorificand conexiunile sale in domeniul stiintei marine, reputatia sa de a salva industria somonului, resursele financiare disponibile intr-o tara atat de bogata si sprijinul atat din mediul academic, cat si din sectorul privat, Jorgensen a strans aproximativ 20 de milioane de dolari pentru a lansa un program de biodiscoperire la Universitatea din Tromso . (S-a numit MabCent-SFI, dar a fost recent reorganizat ca parte a unui program extins numit Artic Biodiscovery Center.) „Nu stia nimic”, spune Jaspars. „Dar a vazut ca este o idee buna si i-a convins pe altii ca asa este.”

Richard Ingebrigtsen leaga una dintre comorile sale descoperite (Credit: David Wolman)

Programul este structurat astfel incat screening-ul compusilor naturali se face „in numele” partenerilor din industrie care au contribuit la front-end, sperand sa incaseze proprietatea intelectuala obtinuta din orice chimie noua descoperita de Jorgensen si colegii sai. (Daca niciun partener comercial nu doreste drepturi asupra unei molecule, drepturile revin la Universitate.) Intre 2007 si 2014, programul a efectuat prelevari de probe pe parcursul a sute de zile pe mare, la mai mult de 1.100 de locatii in sus si in jos pe coasta norvegiana si in jurul Insulele Spitsbergen. Jorgensen spune ca 80% din timp s-au mai vazut moleculele in cauza. „Dar in 20% din cazuri, acestea sunt noi – si bioactivitatea este noua!” Pana in prezent, MabCent a caracterizat aproximativ 150 de compusi bioactivi noi si a produs 50 de conducte de dezvoltare a medicamentelor,

Printre cele mai recente descoperiri se numara moleculele care inhiba acumularea placii in vasele de sange. Jorgensen spune ca nu are voie sa spuna mai multe in acest moment, dar confirma ca descoperirea a venit de la un burete de mare. Conducerea lui preferata, totusi, este ceva numit breitfussin; are chiar si o imagine a structurii sale chimice lipita de peretele biroului sau. Molecula derivata din hidrozoani are cel putin 10 variante diferite si s-a dovedit promitatoare ca agent antimicrobian. Jorgensen il iubeste in parte, deoarece a fost gasit la 74,5 grade nord, langa Insula Ursului si, de asemenea, provocarea de a intelege structura sa precisa, care a necesitat asistenta de la vrajitorii de imagini de la IBM.

Si, in timp ce rezultatul ideal al bioprospectiei este de a gasi molecule care sa functioneze singure sau dupa anumite modificari, sa functioneze ca medicamente eficiente, alte descoperiri pot fi in continuare de o utilitate enorma pentru aplicatiile de biologie moleculara si / sau diagnostic in general. Enzimele, de exemplu, sunt esentiale pentru studierea, sintetizarea si rafinarea diferitelor structuri biochimice. Dar, in timp ce enzimele adaptate la temperaturi mai calde sunt mai bine cunoscute stiintei, enzimele adaptate la frig nu sunt – si ar putea detine propriile proprietati ascunse.

La inceputul acestui an, Jorgensen si echipa sa au formalizat un acord cu Max Planck Lead Discovery Center din Dortmund, Germania. Tromso are un cluster de biotehnologie in plina dezvoltare, iar o mana de startup-uri locale sunt parteneri in proiectul Arctic Biodiscovery Center. Dar ei pot transporta molecule doar pana acum inainte de a le preda unei institutii mai bine echipate pentru a rafina chimia si legatura cu industria. „Este mai bine sa le folositi conducta”, spune Jorgensen. „Big Pharma bate la usa lor in fiecare saptamana intreband:„ Ce ai? ””

Acestea pot fi neinspirante, dar creaturi precum acestea ar putea pastra secretele viitoarei medicamente (Credit: David Wolman)

Inapoi pe Hyas, Ingebrigtsen este aproape terminat de pieptanat printr-o alta incarcatura de material de pe fundul marii. Incepe sa explice cum s-a interesat pentru prima data de stiinta marina, ceea ce suna similar cu modul in care fiecare dintre colegii sai s-a interesat de stiinta marine: in copilarie, petrecea o parte din fiecare vara la cabana bunicilor sai, care se afla chiar langa malul marii. . Toata ziua si pana in noapte, el mergea pe jos si explora, cautand nimic in special, dar inca curios de toate.

Ingebrigtsen devine putin ametit atunci cand vorbeste despre cercetarile sale cu microalge din cauza intregului potential de bioactivitate si pentru ca aceasta nisa a biostiintei este atat de noua. Si din punct de vedere chimic, este. Cu toate acestea, bioprospectia marina in Arctica este cu adevarat doar cea mai recenta versiune a aceleiasi povesti pentru Norvegia, o tara in care suprafata apei din granitele sale este de aproximativ sase ori mai mare decat cea a masei terestre. Este povestea bogatiilor din mare – pescuit, petrol si gaze si acum, foarte probabil, chimie noua.

Inainte de a intoarce Hyas-ul pentru a se intoarce la docul din Tromso, capitanul il intreaba pe Ingebrigtsen daca ar dori sa pescuiasca cateva minute. Ingebrigtsen spune sigur si ridica o linie de mana. In cel mai scurt timp el aterizeaza un eglefin frumos la cina.

David Wolman tweeteaza la @davidwolman

Alaturati-va peste 600.000 de fani viitori, placandu-ne pe Facebook sau urmariti-ne pe Twitter , Google+ , LinkedIn si Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Daca ai citit doar 6 lucruri in aceasta saptamana”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel si Auto, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.