Uno scorpione originario del Messico orientale può avere più di una semplice tossina nel suo pungiglione. I ricercatori della Stanford University e in Messico hanno scoperto che il veleno contiene anche due composti che cambiano colore che potrebbero aiutare a combattere le infezioni batteriche.

Il team non solo ha isolato i composti nel veleno dello scorpione, ma li hanno anche sintetizzati in laboratorio e hanno verificato che le versioni prodotte in laboratorio uccidevano lo stafilococco e i batteri della tubercolosi resistenti ai farmaci nei campioni di tessuto e nei topi.

Le scoperte, pubblicato nel numero del 10 giugno della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , evidenziare i potenziali tesori farmacologici in attesa di essere scoperti nelle tossine degli scorpioni, serpenti, lumache e altre creature velenose.

"Per volume, il veleno dello scorpione è uno dei materiali più preziosi al mondo. Costerebbe 39 milioni di dollari per produrne un gallone, ", ha affermato l'autore senior dello studio Richard Zare, che guidava il gruppo di Stanford. "Se dipendessi solo dagli scorpioni per produrlo, nessuno poteva permetterselo, quindi è importante identificare quali sono gli ingredienti critici ed essere in grado di sintetizzarli".

Scorpioni di mungitura

Zare ha lavorato con i suoi colleghi in Messico, tra cui Lourival Possani, un professore di medicina molecolare presso l'Università Nazionale del Messico, i cui studenti catturarono esemplari dello scorpione Diplocentrus melici per studio.

"La raccolta di questa specie di scorpione è difficile perché durante l'inverno e le stagioni secche, lo scorpione è sepolto, " Disse Possani. "Possiamo trovarlo solo nella stagione delle piogge."

Negli ultimi 45 anni, Possani si è concentrato sull'identificazione di composti con potenziale farmacologico nel veleno dello scorpione. Il suo gruppo ha precedentemente scoperto potenti antibiotici, insetticidi e agenti antimalarici nascosti nel veleno dell'aracnide.

Quando i ricercatori messicani hanno munto il veleno di D. melici, un processo che prevede la stimolazione della coda con lievi impulsi elettrici, hanno notato che il veleno cambiava colore, da chiaro a brunastro, quando è stato esposto all'aria.

Quando Possani e il suo laboratorio hanno studiato questo insolito cambiamento di colore, hanno trovato due composti chimici che ritenevano responsabili. Uno dei composti è diventato rosso se esposto all'aria, mentre l'altro diventava blu.

Per saperne di più su ogni composto, Possani ha contattato il gruppo di Zare a Stanford, che ha una reputazione per l'identificazione e la sintesi di sostanze chimiche.

Usando solo un piccolo campione del veleno, I ricercatori post-dottorato di Stanford Shibdas Banerjee e Gnanamani Elumalai sono stati in grado di elaborare la struttura molecolare dei due composti. "Avevamo solo 0,5 microlitri di veleno con cui lavorare, " disse Zare, che è la Marguerite Blake Wilbur Professor in Scienze Naturali presso la School of Humanities and Sciences di Stanford. "Questo è dieci volte inferiore alla quantità di sangue che una zanzara succhierà in una singola porzione".

Utilizzando gli indizi raccolti dall'analisi dei composti attraverso varie tecniche di analisi chimica, gli scienziati di Stanford hanno concluso che gli ingredienti che cambiano colore nel veleno erano due benzochinoni precedentemente sconosciuti, una classe di molecole ad anello note per avere proprietà antimicrobiche.

I benzochinoni nel veleno dello scorpione sembravano essere quasi identici tra loro. "I due composti sono strutturalmente correlati, ma mentre quello rosso ha un atomo di ossigeno su uno dei suoi rami, quella blu ha un atomo di zolfo, " ha detto Banerjee.

Il gruppo ha confermato le strutture dei composti quando, attraverso molti tentativi ed errori, hanno imparato a sintetizzarli. "Molte delle reazioni che scrivi su carta che sembrano funzionare in realtà non funzionano quando le provi in ​​laboratorio, quindi devi essere paziente e avere molte idee diverse, ", ha affermato lo studente laureato di Stanford MD-Ph.D. Shyam Sathyamoorthi, che ha guidato gli sforzi di sintesi.

Potenziale farmaco

Il laboratorio di Zare ha inviato un lotto dei benzochinoni appena sintetizzati a Rogelio Hernández-Pando, un patologo presso l'Istituto nazionale di scienze della salute e nutrizione Salvador Zubirán a Città del Messico, il cui gruppo ha testato l'attività biologica dei composti prodotti in laboratorio.

Il gruppo di Hernández-Pando ha scoperto che il benzochinone rosso era particolarmente efficace nell'uccidere i batteri altamente infettivi dello stafilococco, mentre quello blu era letale per ceppi di batteri che causano la tubercolosi sia normali che multi-resistenti.

"Abbiamo scoperto che questi composti uccidevano i batteri, ma poi la domanda è diventata 'Ti ucciderà, anche?'", ha detto Zare. "E la risposta è no:il gruppo di Hernández-Pando ha dimostrato che il composto blu uccide i batteri della tubercolosi ma lascia intatto il rivestimento dei polmoni nei topi".

Possani ha affermato che le proprietà antimicrobiche dei composti potrebbero non essere state scoperte se il gruppo di Zare non avesse capito come sintetizzarlo, permettendo così di essere prodotto in quantità maggiori. "La quantità di componenti del veleno che possiamo ottenere dagli animali è estremamente bassa, "Ha detto Possani. "La sintesi dei composti è stata decisiva per il successo di questo lavoro".

Gli scienziati di Stanford e messicani stanno pianificando ulteriori collaborazioni per determinare se i composti del veleno isolati possono essere trasformati in farmaci e anche perché sono presenti nel veleno in primo luogo.

"Questi composti potrebbero non essere il componente velenoso del veleno, Zare ha detto. "Non abbiamo idea del motivo per cui lo scorpione fa questi composti. Ci sono più misteri".