ASPECTOS MÉDICO-FARMACÉUTICOS DEL ALACRANISMO EN

RETORNO
XII Congreso Nacional
de Biotecnología y Bioingeniería
ASPECTOS MÉDICO-FARMACÉUTICOS DEL ALACRANISMO EN MÉXICO
Lourival D. Possani
Instituto de Biotecnología, Av. Universidad, 2001 Col. Chamilpa 62210, Cuernavaca
Morelos. Teléfono: 77-73127109. E-mail: [email protected]
En mi laboratorio por más de 30 años hemos trabajado aspectos médicos y científicos
de los venenos de alacranes. Hemos aislado y caracterizado la estructura y función de
muchos componentes de estos venenos y hemos procurado encontrar posibles
aplicaciones biotecnológicas del conocimiento generado en esta investigación. El primer
punto que llama la atención en este asunto es la alta incidencia de accidentes (piquetes)
causados por alacranes en México. Sin duda, es un importante problema de salud
pública. A esta ocurrencia se conoce por el nombre de alacranismo. Aunque hay un
subregistro de casos, la Secretaria de Salud reporta un mínimo de 230,000 personas
picadas por año. Gracias a la existencia de excelentes anti-venenos el número de
victimas fatales se ha estado reduciendo; en los últimos años no llegan a sumar 100
fallecimientos de lo que pudiera ser un número de varios miles anuales, si no hubiera
estos fármacos. Nuestro esfuerzo de investigación se ha centrado sobre tres líneas
principales: 1) la separación de componentes protéicos a partir del veneno soluble de
varias especies de alacranes para determinar su estructura química y estudiar los eventos
moleculares de sus acciones sobre blancos celulares; 2) la producción de péptidos por
síntesis química o por expresión heteróloga de genes que codifican para las toxinas de
alacranes con miras a la obtención de una vacuna y/o de mejores inmunógenos para la
producción de faboterápicos, y 3) en los últimos años en colaboración con el grupo del
Dr. Baltazar Becerril de nuestro Instituto, hemos estado obteniendo inmunoglobulinas
humanas de cadena sencilla, capaces de neutralizar la acción tóxica de los venenos de
alacranes Mexicanos. Los resultados de las invetigaciones bioquímicas, farmacológicas
y de biología molecular mas importantes de nuestro grupo de trabajo están plasmados
en un centenar de publicaciones en revistas indizadas (algunas revisiones recientes se
pueden encontrar en las referencias enlistadas abajo). En este momento sabemos que la
muerte de los individuos picados se puede explicar por la acción de dos tipos de
proteínas pequeñas (veáse mas abajo) que llamamos toxinas y que reconocen receptores
de membranas de células excitables y no excitables, los cuales funcionan como
compuertas iónicas y sirven para mantener la diferencia de potencial de las membranas
de células vivas. De la homeostasis funcional de estos canales iónicos depende la
excitabilidad celular y a su vez la comunicación existente entre las células de un
individuo. Esto incluye no solamente animales y plantas pero práticamente todos los
seres vivos pluricelulares existentes. Los alacranes durante más de 300 millones de años
de evolución desarrollaron herramientas excelentes, capaces de bloquear o modificar la
cinética de apertura y cierre de los canales iónicos. Gracias a esto pueden subyugar sus
presas, de las cuales se alimentanl, y se pueden defender de otros organismos
predadores. Sabemos que el veneno de alacrán es una mezcla de muchos cientos de
componentes distintos, entre los cuales son sobresalientes para el caso de los alacranes
peligrosos al humano, dos tipos de péptidos pequeños (toxinas) que bloquean canales de
potasio y/o que modifican la cinética de funcionamiento de los canales de sodio. Las
últimas son las toxinas más importantes desde el punto de vista médico, pues son las
que pueden causar la muerte de los individuos picados no tratados. Los primeros son
pépidos conteniendo alrededor de 30 a 40 aminoácidos mantenidos de forma muy
compacta por la presencia de 3 o 4 puentes de disulfuros. Las toxinas de canales de
sodio son péptidos un poco más largos, en general con 60 a 70 aminoácidos, en su gran
mayoría estabilizados por 4 puentes de disulfuros. Hay cerca de 300 toxinas diferentes
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conocidas que fueron aisladas a partir del veneno de alacranes de la familia Buthidae
que afectan canales de sodio, mientras que se conocen cerca de 130 toxinas que
bloquean canales de potasio. Para varias de estas toxinas se conoce bastante bien su
estructura química e inclusive tridimensional; se conoce el sub-tipo específico de canal
iónico que reconocen y las superficies de contacto que establecen entre si. Sin embargo
en los venenos de alacranes hay muchas otras proteínas con funciones muy diversas,
tales como enzimas (hyaluronidasas, fosfolipasas, lisozimas), péptidos con función
antibiótica, analgésica y muchos otros cuya función todavia es totalmente desconocida.
Durante la conferencia revisaremos los datos epidemeológicos mas recientes del
alacranismo en México y describiremos suscintamente ejemplos de los hallazgos
biquímicos más relevantes que nos permitieron conocer la estructura y función de las
toxinas de alacranes. Describiremos brevemente los experimentos realizados para la
obtención de una vacuna anti-alacránica. Se mencionarán los anti-venenos existentes y
las perspectivas futuras con base en la investigación previa desarrollada. Reportaremos
el número esperado de posibles componentes existentes en el veneno de alacranes
(análisis proteómico y transcriptómico), asi como, la tarea pendiente a realizar en el
futuro. Entre las aplicaciones biotecnológicas posibles de ser desarrolladas a partir de
estos estudios están: 1) la obtención de fármacos que controlen la excitabilidad celular y
algunas enfermedades humanas; 2) la obtención de insecticidas biodegradábles, y 3) la
obtención de antibióticos. Al lector interesado le sugirimos leer los artículos abajo
enumerados.
Referencias: 1. Possani LD, Becerril B, Delepierre M, Tytgat J. Scorpion toxins specific
for Na+-channels. Eur. J. Biochem. 264: 287-300 (1999).
2. Rodríguez de la Vega RC, Possani LD. Current views on scorpion toxins specific for
K+-channels. Toxicon 43:865-875 (2004).
3. Riaño-Umbarila L, Juárez-González RV, Olamendi-Portugal T, Ortíz-León M, Possani
LD, Becerril B. A strategy for the generation of specific human antibodies by directed
evolution and phage display. An example of a single-chain antibody fragment that
neutralizes a major component of scorpion venom. FEBS J. 272:2591-2601 (2005).
4. Rodríguez de la Vega RC, Possani LD. Overview of scorpion toxins specific for Na+
channels and related peptides: Biodiversity, structure-function relationships and evolution.
Toxicon 46: 831-844 (2005).
5. Panyi G, Possani LD, Rodríguez de la Vega RC, Gáspar R, Varga Z. K+ channel
blockers: novel tools to inhibit T cell activation leading to specific immunosuppression.
Current Pharmaceutical Design 12: 2199-2220 (2006).
6. Possani LD, Rodríguez de la Vega RC. Scorpion Venom Peptides. En: The Handook of
Biologically Active Peptides (Ed. A.J. Kastin), chapter 51, pp. 339-354, Academic Press,
San Diego, CA, USA (2006).
7. Rodriguez de la Vega RC, Possani LD. Novel paradigms on scorpion toxins that affect
the activating mechanism of sodium channels. Toxicon 49:171-180 (2007).
Agradecimientos: CONACYT, DGAPA-UNAM e Instituto Bioclón S.A. de C.V., pero
tambien a muchos colegas-colaboradores y a más de 70 estudiantes que han trabajado
conmigo estos asuntos y realizaron sus tesis en mi laboratorio.