Тетродотоксин

Тетродотоксинот (TTX) е моќен невротоксин. Неговото име потекнува од Тетраодонтиформите (четиризаби), ред кој вклучува пуфери, рипчиња, океански сончеви риби и тригери; неколку од овие видови го носат токсинот. Иако тетродотоксинот е откриен кај овие риби и пронајден кај неколку други животни (на пример, кај октоподи со сини прстени, тритон со груба кожа и месечеви полжави), тој всушност е произведен од одредени инфективни или симбиотски бактерии како ''Pseudoalteromonas'', ''Pseudomonas'' и ''Vibrio'' како како и други видови кои се среќаваат кај животните.
Тетродотоксинот е блокатор на натриумови канали. Го инхибира палењето на акционите потенцијали во невроните со врзување за напонските канали на натриум во мембраните на нервните клетки и блокирање на преминувањето на натриумовите јони (одговорни за растечката фаза на акциониот потенцијал) во невронот. Ова го спречува нервниот систем да пренесува пораки и на тој начин мускулите да се контрахираат како одговор на нервната стимулација.
Неговиот механизам на дејство, селективно блокирање на натриумовиот канал, бил дефинитивно прикажан во 1964 година од страна на Тошио Нарахаши и Џон В. Мур на Универзитетот Дјук, користејќи ја техниката на прицврстување на напонски јаз од сахароза.
1 Извори во природата
Освен неговите бактериски видови со најверојатно крајно биосинтетичко потекло (види подолу), тетродотоксинот е изолиран од многу различни животински видови, вклучувајќи:* сите октоподи и сипи во мали количини, но специфично неколку видови на плавопрстенест октопод, вклучувајќи Hapalochlaena maculosa,
* разни видови на пуфер риба,
* некои видови Pterophyllum,
* видови на Nassarius гастроподи,
* видови на Naticidae,
* неколку морски ѕвезди,
* неколку видови на ксантидни ракови,
* видови на Chaetognatha,
* видови на Nemertea,
* поликладен сплескан црв,
* Bipalium,
* Atelopus,
* Brachycephalus,
* Notophthalmus,
* Taricha (тарихатоксин).
Тарихатоксинот се покажало дека е идентичен со TTX во 1964 година од страна на Mosher et al., и идентитетот на макулотоксинот и TTX бил објавен во ''Science'' во 1978 година, и синонимноста на овие два токсини е поддржана во современите извештаи (на пример, во ''Pubchem'' и во современите учебници по токсикологија ) иако историските монографии кои го доведуваат во прашање ова продолжуваат да се печатат.
Отровот различно се користи од страна на метазоите како одбранбен биотоксин за да се заштитат од предаторство, или како одбранбен и предаторски отров (на пример, кај октоподи, хаетогнати и црви со ленти). И покрај тоа што токсинот делува како одбранбен механизам, некои предатори, како што е обичната змија жартиера, развиле нечувствителност на TTX, што им овозможува да пленат токсични мрморци .
Поврзаноста на TTX со конзумирана, инфицирана или симбиотска бактериска популација во рамките на метазоните видови од кои е изолирана е релативно јасна; присуството на бактерии кои произведуваат ТТХ во микробиомот на метазоанот се одредува со методи на култура, присуството на токсинот со хемиска анализа и поврзаноста на бактериите со производството на ТТХ со анализа на токсичност на медиумот во кој се одгледуваат сомнителните бактерии. Како што Лаго и сор. забележале, „постојат добри докази дека навлегувањето на бактерии кои произведуваат TTX е важен елемент на TTX токсичноста кај морските метазоани кои го претставуваат овој отров“. Бактериите кои произведуваат TTX вклучуваат ''Actinomyces'', ''Aeromonas'', ''Alteromonas'', ''Bacillus'', ''Pseudomonas'' и ''Vibrio'' видови; во следните животни, специфични бактериски видови се вмешани:* Вид ''Aeromonas'' од пуферската риба, ''Takifugu obscurus'',*''Aeromonas'', ''Pseudomonas'' и ''Vibrio'' видови од гастроподот ''Nassarius conoidalis'',* Видовите ''Alteromonas'', ''Bacillus'', ''Pseudomonas'' и ''Vibrio'' од јужниот сино прстенест октопод, ''Hapalochlaena maculosa'',*''Vibrio alginolyticus'', од видот морски ѕвезди ''Astropecten polyacanthus'',*''Вибрио'' видови вклучувајќи ''Vibrio alginolyticus'', од пуфер риба, ''Takifugu vermicularis'',*''Вибрио'' видови вклучувајќи го повторно ''Vibrio alginolyticus'', во црви со стрелки, филум Chaetognatha,*''Вибрио'' видови, повторно, во лента црви, phylum Nemertea.
Поврзаноста на бактериските видови со производството на токсинот е недвосмислена - Лаго и соработниците навеле, „[е]ндоклеточните симбиотски бактерии се предложени како можен извор на еукариотски TTX преку егзоген пат“, и Чау и соработниците забележале дека „широката појава на TTX кај филогенетски различни организми... силно сугерира дека симбиотските бактерии играат улога во биосинтезата на TTX“ – иако корелацијата е проширена на повеќето, но не на сите метазои во кои е идентификуван токсинот. Сепак, имало неуспех во еден случај, оној на тритон ( ''Taricha granulosa'' ), да се детектираат бактерии кои произведуваат ТТХ во ткивата со највисоки нивоа на токсини ( кожа, јајници, мускули ), користејќи методи на PCR, иако биле покренати технички грижи за пристапот. Критички за општиот аргумент, паферите ''Takifugu rubripes'' фатени и одгледувани во лабораторија на контролирани диети без TTX „ја губат токсичноста со текот на времето“, додека култивирани, TTX-без TTX пуфери од ''Takifugu niphobles'' кои се хранат со диети што содржат TTX забележале TTX во црниот дроб на рибите кои се зголемуваат до токсични нивоа. Оттука, бидејќи бактериските видови кои произведуваат TTX се широко присутни во водените седименти, постои силен случај за ингестија на бактерии кои произведуваат TTX и/или TTX, со акумулација и можна последователна колонизација и производство. Сепак, без јасни биосинтетички патишта (сè уште не се пронајдени во метазоаните, но прикажани за бактерии), останува неизвесно дали секој метазоан го акумулира TTX едноставно преку бактерии; останува прашањето дали количините можат доволно да се објаснат со голтање, голтање плус колонизација или некој друг механизам.
2 Биохемија
Тетродотоксинот се врзува за она што е познато како ''место 1'' на брзиот напонски затворен натриумски канал. Локацијата 1 се наоѓа на отворот на вонклеточната пора на јонскиот канал. Врзувањето на која било молекула за оваа локација привремено ќе ја оневозможи функцијата на јонскиот канал, а со тоа ќе го блокира преминувањето на натриумовите јони во нервната клетка (што е на крајот неопходно за нервната спроводливост); неосакситоксинот и неколку конотоксини, исто така, го врзуваат истото место.
Употребата на овој токсин како биохемиска сонда разјаснила два различни типа на напонски затворени натриумски канали присутни кај цицачите: натриумови канали чувствителни на тетродотоксин (TTX-s Na <sup>+</sup> канали) и натриумови канали отпорни на тетродотоксин. TTX-r Na <sup>+</sup> канали). Тетродотоксинот ги инхибира TTX-s Na <sup>+</sup> каналите во концентрации од околу 1-10 nM, додека микромоларните концентрации на тетродотоксинот се потребни за да се инхибираат TTX-r Na <sup>+</sup> каналите. Нервните клетки кои содржат TTX-r Na <sup>+</sup> канали се наоѓаат првенствено во срцевото ткиво, додека нервните клетки кои содржат TTX-s Na <sup>+</sup> канали доминираат во остатокот од телото.
TTX и неговите аналози историски биле важни агенси за употреба како хемиски соединенија, за употреба во карактеризација на канали и во фундаментални студии за функцијата на каналот. Преваленцијата на TTX-s Na <sup>+</sup> каналите во централниот нервен систем го прави тетродотоксинот вреден агенс за замолчување на нервната активност во клеточна култура .
3 Хемиска синтеза
Во 1964 година, тим од научници предводен од Роберт Б. Вудворд ја разјаснил структурата на тетродотоксинот. Структурата била потврдена со рендгенска кристалографија во 1970 година. Јошито Киши и соработниците ја пријавиле првата целосна синтеза на расемичен тетродотоксин во 1972 година. M. Isobe и соработниците и J. Du Bois објавиле асиметрична тотална синтеза на тетродотоксин во 2003 година Двете синтези од 2003 година користеле многу различни стратегии, со маршрутата на Isobe заснована на пристапот Diels-Alder и работата на Du Bois користејќи активирање на C–H врската . Оттогаш, методите брзо напредувале, при што биле развиени неколку нови стратегии за синтеза на тетродотоксин.
4 Труење
4.1 Токсичност
TTX е исклучително токсичен. Безбедносниот лист за материјали за TTX ја наведува оралната средна смртоносна доза ( LD <sub>50</sub> ) за глувци како 334 μg на kg. За споредба, оралниот LD <sub>50</sub> на калиум цијанид за глувци е 8,5 mg на kg, покажувајќи дека дури и орално, TTX е поотровен од цијанидот. TTX е уште поопасен ако се администрира интравенски; количината потребна за да се постигне смртоносна доза со инјектирање е 8 μg на kg кај глувците.
Токсинот може да влезе во телото на жртвата со голтање, инјектирање или вдишување или преку абрадирана кожа.
Труењето кое се јавува како последица на консумирање риби од редот Tetraodontiformes е исклучително сериозно. Органите (на пр. црниот дроб) на пуфер рибата може да содржат нивоа на тетродотоксин доволни за да се предизвика опишаната парализа на дијафрагмата и соодветната смрт поради респираторна инсуфициенција. Токсичноста варира помеѓу видовите и во различни сезони и географски локалитети, а месото на многу плитки риби може да не е опасно токсично.
Механизмот на токсичност е преку блокирање на брзите натриумски канали кои се затворени со напон, кои се потребни за нормален пренос на сигнали помеѓу телото и мозокот. Како резултат на тоа, TTX предизвикува губење на сензација и парализа на напречнопругавите мускули вклучувајќи ја дијафрагмата и меѓуребрените мускули, со што се запира дишењето.
4.2 Историјат
Терапевтската употреба на јајцата од пуфер риба (тетраодон) била спомната во првата кинеска фармакопеја на Пен-Т'со Чинг(Книгата за билки, наводно 2838-2698 п.н.е. од Шенонг ; но подоцнежен датум е поверојатна), каде што биле класифицирани дека имаат „средна“ токсичност, но може да има тоничен ефект кога се користи во правилна доза. Главната употреба била „за спречување на конвулзивни болести“. Во Индекс Хербацеа или Големата билка од Ли Ших-Чен, 1596 некои видови риби Хо-Тун (сегашното кинеско име за тетраодон ) исто така биле препознаени како и двете токсични, на вистинската доза, корисна како дел од тоник. Зголемена токсичност во Хо-Тун е забележана кај рибите фатени на море (наместо во река) по месец март. Било признаено дека најотровните делови се црниот дроб и јајцата, но таа токсичност може да се намали со натопување на јајцата, забележувајќи дека тетродотоксинот е малку растворлив во вода и растворлив на 1 mg/ml во малку кисели раствори.
Германскиот лекар Енгелберт Каемпфер, во својата „Историја на Јапонија“ (преведена и објавена на англиски во 1727 г.), опишал колку биле добро познати токсичните ефекти на рибата, до степен до кој ќе се користи за самоубиство и дека императорот конкретно наредил дека војниците не смеат да го јадат. Исто така, постојат докази од други извори дека знаењето за таквата токсичност било широко распространето низ југоисточна Азија и Индија.
Првите регистрирани случаи на труење со ТТХ кои ги погодиле западните жители се од дневниците на капетанот Џејмс Кук од 7 септември 1774 година На тој датум, Кук забележал дека неговата екипа јаде локална тропска риба (пуферфиш), а потоа ги хранеле со остатоците свињите кои се чувале на бродот. Екипажот почувствувал вкочанетост и отежнато дишење, додека свињите биле пронајдени мртви следното утро. Во ретроспектива, јасно е дека екипажот преживеал блага доза на тетродотоксин, додека свињите ги јаделе деловите од телото на пуферите кои содржат најголем дел од отровот, па биле фатално отруени.
Отровот првпат бил изолиран и именуван во 1909 година од јапонскиот научник д-р Јошизуми Тахара. Тоа бил еден од агенсите што ги проучувала јапонската единица 731, која го проценувала биолошкото оружје на човечки субјекти во 1930-тите.
4.3 Симптоми и третман
Дијагнозата на труење со пуфери се заснова на забележаната симптоматологија и неодамнешната историја на исхрана.
Симптомите обично се развиваат во рок од 30 минути по ингестијата, но може да бидат одложени до четири часа; сепак, ако дозата е фатална, симптомите обично се присутни во рок од 17 минути по ингестијата. Парестезијата на усните и јазикот е проследена со развој на парестезија на екстремитетите, хиперсаливација, потење, главоболка, слабост, летаргија, некоординираност, тремор, парализа, цијаноза, афонија, дисфагија и напади. Гастроинтестиналните симптоми често се тешки и вклучуваат гадење, повраќање, дијареја и абдоминална болка; смртта е обично секундарна поради респираторна инсуфициенција. Постои зголемен респираторен дистрес, говорот е засегнат, а жртвата обично покажува диспнеа, мидријаза и хипотензија. Парализата се зголемува и може да се појават конвулзии, ментални нарушувања и срцева аритмија. Жртвата, иако целосно парализирана, може да биде свесна и во некои случаи целосно луцидна до непосредно пред смртта, што генерално се случува во рок од 4 до 6 часа (во опсег од ~20 минути до ~8 часа). Сепак, некои жртви влегуваат во кома.
Ако пациентот преживее 24 часа, опоравувањето без никакви резидуални ефекти обично ќе се случи во текот на неколку дена.
Терапијата е супоративна и се заснова на симптоми, со агресивно рано третирање на дишните патишта. Доколку се проголта, третманот може да се состои од празнење на желудникот, хранење на жртвата со активен јаглен за да се врзе токсинот и преземање стандардни мерки за одржување на живот за да се одржи жртвата во живот додека не исчезне ефектот на отровот. Алфа адренергични агонисти се препорачуваат како додаток на интравенски течности за борба против хипотензијата; антихолинестеразните агенси „се предложени како опција за третман, но не се адекватно тестирани“.
Не е развиен и одобрен противотров за човечка употреба, но примарниот истражувачки извештај (прелиминарен резултат) покажува дека USAMRIID е во развој на моноклонално антитело специфично за тетродотоксин кое било ефикасно, во една студија, за намалување на смртноста од токсините во тестовите на глувци.
4.4 Географска фреквенција на токсичност
Труењата од тетродотоксин се речиси исклучиво поврзани со конзумирање на пуфер риба од водите на регионите на Индо-Тихиот Океан. Пуферите од другите региони многу поретко се јадат. Неколку пријавени случаи на труења, вклучително и смртни случаи, вклучувале пуфери од Атлантскиот Океан, Мексиканскиот Залив и Калифорнискиот Залив . Нема потврдени случаи на тетродотоксичност од атлантската пуфер риба, ''Sphoeroides maculatus'', но во три студии, екстрактите од рибите од овој вид биле многу токсични кај глувците. Неколку неодамнешни интоксикации од овие риби во Флорида се должеле на сакситоксин, кој предизвикува паралитично труење со школки со многу слични симптоми и знаци. Школката од труба ''Charonia sauliae'' е вмешана во труење со храна, а доказите сугерираат дека содржи дериват на тетродотоксин. Имало неколку пријавени труења од погрешно означена пуфер риба, и најмалку еден извештај за фатална епизода во Орегон кога поединец проголтал тритон со груба кожа ''Taricha granulosa'' .
Во 2009 година, голем страв во регионот Окленд на Нов Зеланд бил предизвикан откако неколку кучиња умреле јадејќи ''Pleurobranchaea maculata'' (сива бочна жабрена морски полжав) на плажите. Децата и сопствениците на домашни миленици биле замолени да избегнуваат плажи, а извесно време бил прекинат и рекреативниот риболов. По исцрпна анализа, било откриено дека морските полжави мора да внеселе тетродотоксин.; Статистички фактори
Статистиката на Бирото за социјална заштита и јавно здравје во Токио покажува 20-44 инциденти на труење со фугу годишно помеѓу 1996 и 2006 година во целата земја, што доведува до 34-64 хоспитализации и 0-6 смртни случаи годишно, за просечна стапка на смртност од 6,8%. Од 23-те инциденти регистрирани во Токио помеѓу 1993 и 2006 година, само еден се случил во ресторан, додека сите други вклучувале рибари кои го јаделе својот улов. Од 2006 до 2009 година во Јапонија имало 119 инциденти во кои учествувале 183 лица, но само 7 лица загинале.
Пријавени се само неколку случаи во Соединетите Американски Држави, а избувнувањата во земји надвор од индо-тихоокеанската област се ретки.  се смета дека тетродотоксинот се користел во вуду препарати, во таканаречените отрови за зомби, каде што последователната внимателна анализа постојано ги доведувала во прашање раните студии на техничка основа и не успеала да го идентификува токсинот во која било подготовка., така што дискусијата за ова прашање целосно исчезна од примарната литература од раните 1990-ти. Као и Јасумото во првиот од нивните трудови во 1986 година заклучиле дека „широко циркулираното тврдење во лаичкиот печат дека тетродотоксинот е предизвикувачкиот агенс во почетниот процес на зомбификација е без фактичка основа“.
Генетската позадина не е фактор за подложност на труење со тетродотоксин. Оваа токсикоза може да се избегне со неконзумирање на животински видови за кои е познато дека содржат тетродотоксин, главно пуфер риба; другите тетродотоксични видови обично не се консумираат од луѓето.
; Фугу како храна
Труењето од тетродотоксин е особено загрижувачко за јавното здравје во Јапонија, каде што „ фугу “ е традиционален деликатес. Се подготвува и продава во специјални ресторани каде што обучени и лиценцирани готвачи внимателно ги отстрануваат внатрешните органи за да ја намалат опасноста од труење. Постои потенцијал за погрешна идентификација и погрешно означување, особено на подготвени, замрзнати производи од риба.
4.5 Анализа на храна
Биоанализата на глувци развиена за труење со паралитички школки (PSP) може да се користи за следење на тетродотоксинот кај пуфер рибите и е актуелен метод на избор. Развиен е метод на HPLC со реакција по колоната со алкали и флуоресценција за да се одредат тетродотоксинот и неговите придружни токсини. Производите на деградација на алкали може да се потврдат како нивни триметилсилил деривати со гасна хроматографија/масена спектрометрија.
4.6 Откривање во телесните течности
Тетродотоксинот може да се квантифицира во серумот, целата крв или урина за да се потврди дијагнозата на труење кај хоспитализирани пациенти или да се помогне во форензичката истрага на случај на фатално предозирање. Повеќето аналитички техники вклучуваат масовно спектрометриско откривање по гасна или течна хроматографска сепарација.
5 Модерни терапевтски истражувања
Тетродотоксинот е испитуван како можен третман за болка поврзана со рак. Раните клинички испитувања покажуваат значително олеснување на болката кај некои пациенти.
Во прилог на споменатата апликација за болка од рак, мутациите во еден конкретен TTX-чувствителен Na <sup>+</sup> канал се поврзани со некои мигренозни главоболки, иако не е јасно дали ова има некаква терапевтска важност за повеќето луѓе со мигрена.
Тетродотоксинот се користи клинички за ублажување на главоболката поврзана со откажување од хероин.
6 Регулатива
Во САД, тетродотоксинот се појавува на списокот на избрани агенси на Одделот за здравство и човечки услуги, и научниците мора да се регистрираат во HHS за да користат тетродотоксин во нивното истражување. Сепак, истражителите кои поседуваат помалку од 500 mg се ослободени од регулативата.
7 Популарна култура
Тетродотоксинот служи како средство за заговор за ликовите да ја лажираат смртта, како во филмовите ''Здраво повторно'' (1987), ''Змијата и виножитото'' (1988), ''А-тимот'' (2010) и ''Капетан Америка: Зимскиот војник'' (2014), Војна (2019), и во епизодите на „ Девицата Џејн “, ''Мајами Вајс'' (1985),''Никита'', ''МекГајвер'' Сезона 7, Епизода 6, каде што противотров е листот ''„Датура страмониум'' “, ''CSI: NY'' (сезона 4, епизода 9“ Бу“) и ''Чак'' . Во ''Law Abiding Citizen'' (2009) и ''Alex Cross'' (2012), парализара предизвикана од отровот е претставена како метод за помагање на тортурата. Токсинот исто така бил референциран во „синтетичка форма“ во S1E2 од серијата „ FBI “. Отровот се користи како оружје и во втората сезона на ''Арчер'', во ''Тајните работи'' и во епизодата ''Внатре бр. 9'' „ The Riddle of the Sphinx “.
Врз основа на претпоставката дека тетродотоксинот не е секогаш фатален, но во речиси смртоносни дози може да направи лицето да се чувствува исклучително лошо, а лицето да остане свесно, се тврди дека тетродотоксинот резултира со зомбиизам и е предложен како состојка на Хаити Вуду подготовки. Оваа идеја првпат се појавила во нефикциската книга ''„Кажи му на мојот коњ“'' од Зора Нил Харстон од 1938 година, во која имало повеќе извештаи за наводно труење со тетродотоксин на Хаити од вуду волшебник наречен Бокор. Овие приказни подоцна биле популаризирани од етноботаничарот Вејд Дејвис обучен од Харвард во неговата книга од 1985 година и филмот на Вес Крејвен од 1988 година, и двата насловени ''Змијата и виножитото''. Џејмс Елрој го вклучува „отровот од риба“ како состојка во подготовките на Хаити Вуду за да предизвика зомбиизам и смрт од труење во неговиот мрачен, вознемирувачки, насилен роман ''„Крвта е ровер“'' . Но, оваа теорија била доведена во прашање од научната заедница од 1990-тите, врз основа на тестови засновани на аналитичка хемија на повеќе препарати и преглед на претходни извештаи (види погоре).