Tetrodotoxina

A tetrodotoxina, xeralmente abreviada TTX, é unha potente neurotoxina. O seu nome deriva dos peixes Tetraodontiformes, grupo ao que pertencen o peixe globo, peixes ourizo, peixe lúa, e peixe bésta e no que hai varias especies que a conteñen. Tamén aparece noutros animais acuáticos (por exemplo nos polbos de aneis azuis, o tritón Taricha granulosa, e os caracois natícidos). Non obstante, quen realmente produce a toxina son certas bacterias simbióticas ou infectantes como Pseudoalteromonas, Pseudomonas, e Vibrio entre outras, que pasan a toxina aos tecidos do animal.
A tetrodotoxina inhibe o disparo dos potenciais de acción en nervios ao unirse ás canles de sodio reguladas por voltaxe das membranas das neuronas e bloquear o paso de ións sodio (responsables da fase elevada do potencial de acción) na neurona.
O seu mecanismo de acción, que bloquea selectivamente a canle de sodio, foi demostrado definitivamente en 1964 por Toshio Narahashi e John W. Moore na Universidade Duke. Fontes naturais
Ademais de nas bacterias, nas que se cre que está en último extremo a orixe biosintética desta molécula (véxase máis abaixo), a tetrodotoxina foi illada de moitas especies animais, como: varias especies de peixes globo,
certos peixes anxo,
varias especies de polbo de aneis azuis, como Hapalochlaena maculosa (onde se lle chama "maculotoxina"),
especies dos gasterópodos Niotha,
especies da familia de caracois Naticidae,
varias estrelas de mar, como certas especies de Astropecten,
varias especies de cangrexos xántidos.
especies de quetógnatos,
especies de nemertinos,
algúns platihelmintos políclados,
planarias terrestres do xénero Bipalium,
sapos do xénero Atelopus, e
tritóns do xénero Taricha, como Taricha granulosa (onde inicialmente foi chamada "taricatoxina").
Mosher e colaboradores demostraron en 1964 que a taricotoxina era idéntica á TTX, e da identidade da maculotoxina e a TTX informaron Scheumack e outros en Science en 1978, e a sinonimia destas dúas toxinas é apoiada en publicacións modernas (por exemplo, en Pubchem e en libros modernos de toxicoloxía, ) aínda que seguen imprimíndose monografías históricas que o cuestionaban.
A toxina é variadamente utilizada polos metazoos como biotoxina defensiva para repeler os predadores, ou como un veleno tanto defensivo como predador (por exemplo, en polbos, quetógnatos, e nemertinos). Aínda que a toxina actúa como mecanismo de defensa das presas, algúns predadores que capturan esas presas, como a serpe Thamnopis sirtalis desenvolveron unha resistencia á TTX.
A asociación da TTX con poboacións de bacterias simbióticas, infectantes ou consumidas que se encontran dentro dos animais dos cales é illada a toxina, está, en 2016, relativamente clara; a presenza de bacterias produtoras de TTX no microbioma de metazoos determínase por métodos de cultivo, a presenza da toxina por análise química, e a asociación da bacteria coa produción de TTX por ensaio de toxicidade dos medios nos que se sospeita que creceu a bacteria. Como indicaron Lago et al. , "hai boas evidencias de que a captación de bacterias que producen TTX é un elemento importante da toxicidade por TTX en metazoos mariños que presentan esta toxina. " Entre as bacterias produtoras de TTX están especies de Actinomyces, Aeromonas, Alteromonas, Bacillus, Pseudomonas, e Vibrio; nos seguintes animais foron implicadas bacterias específicas: especies de Vibrio como Vibrio alginolyticus, no peixe globo Fugu vermicularis,
Vibrio alginolyticus na estrela de mar Astropecten polyanthus,
especies de Aeromonas no peixe globo Takifugu obscures,
especies de Vibrio, Pseudomonas, e Aeromonas no gasterópodo Niotha clathrata,
especies de Alteromonas, Bacillus, Pseudomonas, e Vibrio no polbo de aneis azuis da especie Hapalochlaena macula,
especies de Vibrio como Vibrio alginolyticus en quetógnatos, e
especies de Vibrio en nemertinos.
A asociación das bacterias coa produción da toxina é inequívoca. Lago e colaboradores afirmaron que: "propuxéronse bacterias simbióticas endocelulares como posible fonte da TTX eucariota por medio dunha vía exóxena, " e Chau e colaboradores indicaron que: "a ampla distribución da TTX en organismos filoxeneticamente distintos… indica fortemente que as bacterias simbióticas xogan un papel na biosíntese da TTX", aínda que a correlación foi ampliada á maioría pero non a todos os metazoos nos cales a toxina foi identificada. Non obstante, hai unha única excepción, a dos tritóns da especie Taricha granulosa, nos que non se detectaron bacterias produtoras de TTX nos seus tecidos con maiores niveis de toxinas (pel, ovarios, músculo), usando métodos de PCR, aínda que se indicaron reservas técnicas sobre esa estratexia. Algo fundamental para o argumento xeral é que os peixes globo Takifugu rubripes capturados e criados en laboratorio con dietas controladas libres de TTX "perderon a súa toxicidade co tempo, " mentres que nos da especie Fugu niphobles cultivados que carecían inicialmente de TTX, ao alimentalos con dietas que contiñan TTX viuse como a TTX nos seus fígados se incrementaba ata niveis tóxicos. Por tanto, como as bacterias que producen TTX están presentes abondosamente nos sedimentos acuáticos, cobra forza a idea da orixe da toxicidade a partir da inxestión de TTX e/ou bacterias produtoras de TTX, con acumulación e posible posterior colonización e produción. Non obstante, ante a ausencia de vías biosintéticas claras coñecidas (que están presentas en bacterias pero non en metazoos), queda por demostrar plenamente se a TTX se orixina en todos os metazoos coa participación bacteriana, e se as cantidades de toxina observadas son o resultado da inxestión, inxestión e colonización, ou dalgún outro mecanismo. Bioquímica
A tetrodotoxina únese ao que se coñece como sitio 1 da canle de sodio regulada por voltaxe rápida. O sitio 1 está localizado na abertura do poro extracelular da canle iónica. A unión de calquera molécula a este sitio desactiva temporalmente a función da canle iónica. A saxitoxina, neosaxitoxina e varias conotoxinas tamén se unen ao mesmo sitio.
O uso da TTX como sonda bioquímica seviu para esclarecer a existencia de dous tipos distintos das canles de sodio reguladas por voltaxe presentes en humanos: as canles de sodio reguladas por voltaxe sensibles á tetrodotoxina (canle TTX-s Na+) e as canles de sodio reguladas por voltaxe resistentes á tetrodotoxina (canle TTX-r Na+). As células nerviosas que conteñen canles TTX-r Na+ están localizadas principalmente no tecido cardíaco, mentres que as células nerviosas que conteñen canles TTX-s Na+ dominan o resto do corpo.
A TTX e os seus análogos foron historicamente importantes axentes para a súa utilización como ferramentas químicas, para o uso en caracterización de canles e en estudos fundamentais da función da canle. A prevalencia das canles TTX-s Na+ no sistema nervioso central fai que a tetrodotoxina sexa un valioso axente para silenciar a actividade neuronal en cultivos celulares. Síntese química
En 1964 un equipo de científicos liderados por Robert B. Woodward na Universidade Harvard dilucidaron a estrutura da tetrodotoxina. A estrutura foi confirmada por cristalografía de raios X en 1970. Yoshito Kishi e colegas na Universidade de Nagoya, Xapón, informaron da primeira síntese total da D, L-tetrodotoxina en 1972. M. Isobe e colegas da Universidade de Nagoya, Xapón e J. Du Bois et al. da Universidade Stanford, EUA, informaron da síntese total asimétrica da tetrodotoxina en 2003. As dúas sínteses de 2003 usaron estratexias moi diferentes; as rutas de Isobe estaban baseadas en reaccións de Diels-Alder e os traballos de Du Bois fixéronse usando a activación de enlaces C-H. Desde entón, os métodos avanzaron rapidamente, co desenvolvemento de varias estratexias novas para a síntese de tetrodotoxina. Regulación
Unión Europea
O Regulamento (CE) N° 853/2004 do Parlamento Europeo e do Consello de 29 de abril de 2004 polo que se establecen normas específicas de hixiene dos alimentos de orixe animal, prohibe a venda na Unión de peixes que conteñen TTX como tetraodóntidos, mólidos, diodóntidos e cantigastéridos no seu anexo III, sección VIII (Produtos da pesca), cap. V (Normas sanitarias), parte E (Toxinas).
Ademais, foron detectadas cantidades mínimas de tetrodotoxina en mexillóns e caramuxos nalgúns países de Europa, entre eles en Galicia, o que motivou que Países Baixos fixese a proposta na Unión Europea de obrigar a medir esa toxina nos bivalvos (como se fai xa con outras biotoxinas) e poñer un límite mínimo aceptable, aínda que non se tomou polo momento (xullo de 2016) ningunha decisión.
Xapón
No Xapón é tradicional comer fugu (peixe globo), que se considera unha delicia, e o seu consumo está legalmente permitido, polo que alí o envelenamento por tetrodotoxina é unha preocupación para a saúde pública. Os chefs dos restaurantes que o preparan e venden deben ter un adestramento especial e unha licenza, e eliminar coidadosamente as vísceras do peixe para reducir o risco de envelenamento. Potencialmente hai un risco de incorrecta identificación ou mal etiquetado, especialmente en produtos preparados e conxelados.
Estados Unidos
Nos Estados Unidos a tetrodotoxina aparece na lista de axentes selectos do Departamento de Saúde e Servizos Humanos, e os científicos deben rexistrar nese departamento o uso da tetrodotoxina nas súas investigacións. Porén, os investigadores que posúan menos de 100 mg están exentos desa regulación. A FDA autoriza certas importacións de fugu (peixe globo) debidamente preparado no Xapón, que se consome nalgúns restaurantes norteamericanos con licenza (por exemplo en 2003 tiñana 17 restaurantes; 12 deles en Nova York. ) Envelenamento
Toxicidade
A TTX é extremadamente tóxica. A súa dose letal media oral (LD50) no rato é de 334 μg por kg. Como comparación, a LD50 oral do cianuro de potasio no rato é de 8, 5 mg por kg, o que indica que mesmo oralmente a TTX é máis velenosa que o cianuro. Tamén é máis perigosa inxectada, cunha cantidade necesaria para chegar á dose letal por inxección de só 8 μg por kg en ratos.
A toxina pode entrar no corpo da vítima por inxestión, inxección, ou inhalación, ou por abrasións na pel.
O envelenamento ocorre como consecuencia do consumo de peixes da orde Tetraodontiformes, e é extremadamente grave. Os órganos (como o fígado) do peixe globo poden conter niveis de TTX suficientes para producir parálise do diafragma e a morte debido a falta de respiración. A toxicidade varía entre especies e en diferentes estacións e localidades xeográficas, polo que a carne de moitos peixes globo pode non ter unha toxicidade perigosa.
O mecanismo de toxicidade é o bloqueo das canles de sodio reguladas por voltaxe rápidas, que son necesarias para a transmisión normal de sinais entre o corpo e o cerebro. Como resultado, a TTX causa perda de sensibilidade, e parálise dos músculos voluntarios incluíndo o diafragma e músculos intercostais, polo que detén a respiración.
Síntomas e tratamento
O diagnóstico do envelenamento por comer peixe globo está baseado na sintomatoloxía observada e o historial dietético recente.
Os síntomas aparecen xeralmente aos 30 minutos da inxestión, pero poden tardar ata catro horas; porén, se a dose é mortal, os síntomas preséntanse xa aos 17 minutos da inxestión. A parestesia (adormecemento, formigo) dos beizos e lingua precede a parestesia das extremidades, hipersalivación, suores, dor de cabeza, debilidade, apatía, descoordinación, tremores, parálise, cianose, afonía, disfaxia, e convulsións. Os síntomas gastrointestinais son xeramente graves e inclúen náuseas, vómitos, diarrea, e dor abdominal; a morte adoita deberse á parada respiratoria. Aparece unha crecente dificultade respiratoria, a capacidade de falar queda afectada, e a vítima adoita ter dispnea, cianose, midríase e hipotensión. A parálise increméntase, e pode haber convulsións, confusión mental e arritmia cardíaca. A vítima, aínda que estea completamente paralizada, pode estar consciente e nalgúns casos completamente lúcida ata moi pouco antes da súa morte, que xeralmente ocorre no prazo de 4 a 6 horas (rango amplo entre ~20 minutos e ~8 horas). Porén, algunhas vítimas entran en coma.
Se o paciente sobrevive 24 horas, o normal é que se recupere sen efectos residuais nuns poucos días.
A terapia é de mantemento e baseada nos síntomas, cun tratamento inicial agresivo das vías respiratorias. Se se inxire, o tratamento pode consistir en lavado de estómago, darlle á vítima carbón activado para que se una á toxina, e tomar as medidas estándar de soporte vital para manter o paciente vivo ata que o efecto do veleno desapareza. Recoméndanse agonistas alfa adrenérxicos ademais de fluídos intravenosos para combater a hipotensión; os axentes anticolinesterase "foron propostos como unha opción de tratamento pero non foron comprobados adecuadamente".
Non existe ningún antídoto aprobado para uso humano, pero hai un informe dunha investigación primaria (resultados preliminares) que indica que se está desenvolvendo un anticorpo monoclonal específico para a TTX por USAMRIID que foi efectivo, nese único estudo realizado, para reducir a letalidade da toxina en ensaios en ratos.
A xenética non é un factor na susceptibilidade ao envelenamento por tetrodotoxina. Esta toxicose pode evitarse non consumindo especies animais que se sabe que a conteñen, principalmente o peixe globo, xa que outras especies son raramente consumidas polos humanos.
Frecuencia xeográfica da toxicidade
O envelenamento por tetrodotoxina foi asociado case exclusivamente co consumo de peixe globo das augas de rexións do Indo-Pacífico, pero os peixes globo doutras rexións tamén se comen, aínda que moito menos. Informouse de varios casos de envelenamentos, e mesmo de mortes, nos que o responsable era o peixe globo do océano Atlántico, o golfo de México e o golfo de California. Houbo casos non confirmados de tetrodotoxicidade por comer peixes globos do Atlántico da especie Sphoeroides maculatus, e nos tres estudos realizados, os extractos os peixes desa especie eran moi tóxicos para os ratos. O gasterópodo Charonia sauliae foi implicado en envelenamentos, e as probas suxiren que contén un derivado da tetrodotoxina. Houbo varios informes de envelenamentos por peixe globo mal etiquetado, e un caso mortal en Oregón por tragar o tritón Taricha granulosa.
En 2009, causou alarma na rexión de Auckland, Nova Zelandia o envelenamento de varios cans que comeran na praia o gasterópodo pleurobranquio Pleurobranchaea maculata. As análises indicaron que eses gasterópodos deberon inxerir tetrodotoxina. Factores estatísticos
As estatísticas da Oficina de Tokio de Benestar Social e Saúde Pública indican de 20 a 44 incidentes por envelenamento por comer fugu ao ano entre 1996 e 2006 (segundo o ano) en todo o país nipón, que causaron de 34 a 64 hospitalizacións e de 0 a 6 mortes por ano (segundo o ano), o que fai unha media de mortalidade do 6, 8%. Dos 23 incidentes rexistrados en Tokio entre 1993 e 2006, só un tivo lugar nun restaurante, e os demais foron casos de pescadores que comeron as súas capturas. En todo Xapón, entre 2006 e 2009 houbo 119 incidentes que afectaron a 183 persoas e 7 mortos.
Os incidentes nos países fóra da área do Indo-Pacífico son raros. En Haití, pénsase que a tetrodotoxina foi utilizada en preparacións para o vodú, nos denominados velenos de zombi, tal como indicaban estudos iniciais, pero as posteriores repetidas análises coidadosas realizadas non conseguiron identificar esta toxina en ningunha mostra dese tipo de preparacións, pero a discusión continúa. Kao e Yasumoto fixeron estudos no que concluían no primeiro dos seus artigos en 1986 que "a afimación que circulou amplamente na prensa non especializada do efecto que a tetradotoxina é o axente causal no proceso de zombificación inicial non ten fundamento nos feitos. ”
Análise de alimentos
O bioensaio con ratos desenvolvido para o envelenamento por toxina paralizante (PSP) pode utilizarse tamén para monitorizar a presenza de tetrodotoxina no peixe globo e normalmente é o método de elección. Desenvolveuse un método de HPLC con reacción en post-columna con alcali e fluorescencia para determinar a TTX e as súas toxinas asociadas. Os produtos de degradación do alcali poden ser confirmados como os seus derivados trimetilsilil por medio de cromatografía de gas/espectrometría de masas.
Detección nos fluídos corporais
A tetrodotoxina pode ser cuantificada no soro sanguíneo, sangue completo ou urina para confirmar un diagnóstico de envelenamento en pacientes hospitalizados ou como axuda en investigacións forenses en casos de sobredose mortal da toxina. A maioría das técnicas analíticas utilizan a detección por espectroscopia de masas seguida de preparación cromatográfica líquida ou sólida. Investigacións terapéuticas modernas
A tetrodotoxina investigouse como posible tratamento para a dor asociada ao cancro. Os ensaios clínicos iniciais demostraron un alivio da dor significativo nalgúns pacientes.
Ademais, as mutacións nunha determinada canle de Na+ sensible á TTX están asociadas con certas migrañas, aínda que non está claro se isto ten importancia terapéutica para a maioría da xente que padece de migrañas.
A tetrodotoxina utilizouse clinicamente para aliviar a dor de cabeza asociada coa abstinencia da heroína. Historia
Os usos terapéuticos dos ovos do peixe globo menciónanse na primeira farmacopea chinesa (Pen-T’ so Ching, O Libro das Herbas, datado entre o 2838 e o 2698 a. C. por Shénnóng Běn Cǎo Jīng; pero é máis probable unha data posterior), no que se clasificaban como produto con toxicidade ‘media’, pero que podían ter efectos tónicos cando se usaban na dose correcta. O principal uso era “parar as enfermidades convulsivas”. No Pen-T’ so Kang Mu (Index Herbacea ou O Gran Herbolario de Li Shih-Chen, 1596) algúns tipos de peixe Ho-Tun (o actual nome chinés do peixe globo) tamén se recoñecían como tóxicos pero (nas doses axeitadas) útiles para preparar tónicos. Indicábase un incremento da toxicidade do Ho-Tun (peixes globo) nos peixes capturados no mar (máis que no río) despois do mes de marzo. Recoñecíase que as partes máis velenosas eran o fígado e os ovos, pero que a toxicidade podíase reducir poñendo a remollo os ovos, decatándose do feito de que a tetrodotoxina é lixeiramente hidrosoluble, e soluble en 1 mg/mL en solucións lixeiramente ácidas.
O médico alemán Engelbert Kaempfer, na súa "Historia do Xapón" (1727), describiu como os efectos tóxicos do peixe eran ben coñecidos, ata o punto de que se usaba para suicidarse e que o Emperador decretara que aos soldados non lles estaba permitido comelo. Hai tamén evidencias doutras fontes de que o coñecemento da súa toxicidade estaba estendido por todo o sueste asiático e a India.
Os primeiros casos rexistrados de envelenamento por TTX que afectaron a persoas occidentais aparecen nas anotacións no caderno de bitácora do capitán James Cook do 7 de setembro de 1774. Ese día Cook escribiu que a súa tripulación comera algún peixe tropical local (peixe globo, seguramente), e despois déranlle os restos aos porcos que levaban a bordo. Os tripulantes experimentaron atordoamento e falta de respiración, mentres que os porcos foran atopados mortos a mañá seguinte. A posteriori, parece claro que a tripulación sobreviviu a unha dose suave de tetrodotoxina, mentres que os porcos, que se alimentaran das vísceras do peixe que contiñan máis toxina, tomaron unha dose mortal.
A toxina foi illada primeiramente en 1909 polo científico xaponés Dr. Yoshizumi Tahara. Foi un dos axentes estudados pola Unidade 731 do exército imperial xaponés na década de 1930, unidade secreta que avaliaba as armas biolóxicas en suxeitos humanos (prisioneiros obrigados a someterse á experimentación).