Una proteína de la rana toro americana podría proteger contra la intoxicación de las mareas rojas
Cada verano, las cálidas aguas bañan la costa oeste de los Estados Unidos, Canadá y otras partes del mundo con algas tóxicas. Particularmente atemorizantes son los dinoflagelados de los géneros Gonyaulax, Alexandrium, Gymnodinium y Pyrodinium, que secretan saxitoxina, una de las neurotoxinas más letales del mundo.
Los mariscos se tragan la saxitoxina y la concentran en sus cuerpos tan fácilmente que comer solo un mejillón cargado de saxitoxina puede causar parálisis e incluso la muerte.
A pesar de las advertencias de los gobiernos, la gente es envenenada cada año por los mejillones que recogen y comen, al igual que las aves, las ballenas, las focas y las nutrias. Pero los comedores de algas, incluidos los mariscos, los peces globo y las ranas de agua dulce, permanecen maravillosamente inalterados.
Desde la década de 1990, los científicos han sabido que estos animales son naturalmente resistentes a la saxitoxina: producen proteínas que secuestran la saxitoxina para que no pueda afectar sus sistemas nerviosos. Recientemente, un equipo dirigido por Daniel Minor, biofísico de la Universidad de California en San Francisco, ha emprendido una investigación molecular del nuevo fenómeno.
Minor y sus colegas utilizaron la cristalografía de rayos X (la misma técnica utilizada para identificar primero la estructura del ADN) para crear una imagen de resolución atómica de la saxifilina, una proteína antitoxina recolectada de las ranas toro americanas. Podían ver, en intrincados detalles, cómo la saxifilina se une con la saxitoxina para hacerla inofensiva. Esta sofisticada imagen podría acercar a los investigadores un paso más para detectar la saxitoxina y docenas de otras toxinas marinas similares, e incluso desarrollar una antitoxina.
La detección puede resultar cada vez más esencial en los próximos años. A medida que el cambio climático genera el aumento de las temperaturas oceánicas y la desoxigenación de las aguas costeras, las floraciones de algas en todo el mundo se están volviendo más grandes y duraderas. Más floraciones de algas de algas significa más mariscos cargados de toxinas y más humanos, aves y focas enfermas. Si la tendencia continúa, un mejor detector de toxinas será una parte vital de los esfuerzos de salud pública.
"Este es un caso en el que quizás tengamos la oportunidad de hacer algo que tenga un impacto real en la salud pública", dice Minor.
La curiosidad de Minor sobre las toxinas marinas se despertó en 2011 por un correo electrónico sorpresa. En ese momento, había estado investigando canales de sodio (los pasos por los cuales se comunican las células) en bacterias. Los canales de sodio también son el sitio en el que la saxitoxina y otras neurotoxinas atacan las células nerviosas humanas.
Un día, James Hungerford, químico investigador de toxinas de la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU., envió un correo electrónico a Minor con una pregunta: ¿podría usar bacterias para fabricar detectores de saxitoxina para agencias estatales como el Departamento de Salud Pública de California?
Para proteger al público, el departamento realiza cada semana pruebas rutinarias de saxitoxina y otras toxinas marinas en cientos de lugares a lo largo de la costa. Pero la prueba de saxitoxina utilizada en ese momento, y todavía en uso hoy en día, se desarrolló en la década de 1930 e implica la dosificación en ratones con agua de mar tóxica y ver cuánto tardan en morir. Algunas personas piensan que la prueba es inhumana, considerando cuántos ratones deben morir para confirmar la calidad del agua. Pero la prueba sigue siendo el enfoque más rápido y económico disponible.
Hungerford se preguntó si Minor podría desarrollar un detector basado en bacterias. Si la bacteria se adhiriera a la saxitoxina, pensó, los evaluadores podrían visualizar rápidamente si había en el agua concentraciones peligrosamente altas de la toxina.
Lamentablemente, Minor sabía por investigaciones anteriores que el enfoque no funcionaría. Pero la semilla fue plantada. "Me hizo pensar en el problema: estuvo dando vueltas en mi cabeza durante mucho tiempo", dice Minor.
En su nuevo estudio, Minor se enfocó en identificar la estructura física de la saxifilina y descubrió que tiene la forma de una mariposa. La saxitoxina se une en un bolsillo en una de las alas. El bolsillo se ajusta perfectamente a la saxitoxina y está cargado negativamente, atrayendo la toxina electrostáticamente. Para sorpresa de Minor, el sitio de unión se ve casi exactamente igual que cuando la saxitoxina se une a los canales de sodio en las células nerviosas humanas, lo que significa que la saxifilina también podría funcionar para mitigar los efectos de la saxitoxina en las personas.
Casualmente, Lauren O'Connell, ecologista de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, también se interesó en la saxifilina el año pasado cuando descubrió que es abundante en la sangre de las ranas venenosas y puede estar involucrada en su propia resistencia a las toxinas. Ni Minor ni O’Connell sabían del trabajo del otro, pero ambos piensan que la saxifilina es un emocionante y prometedor tema de investigación.
"El trabajo del Dr. Minor representa un resurgimiento de la importancia de la saxifilina y ha abierto un nuevo campo de estudio sobre la unión y secuestro de toxinas", dice O'Connell.
Se necesitará más investigación y desarrollo para hacer un detector de saxitoxina que funcione, pero ayuda conocer la estructura de la unión de la pareja. En el futuro, los científicos pueden usar saxifilina o una molécula sintética similar para producir una antitoxina que podría unir la suficiente saxitoxina para que el hígado pueda eliminarla antes de que se acumule y enferme a alguien. Pero hasta que se materialice la financiación para una solución tan imaginativa, la detección sigue siendo la primera línea del esfuerzo.
Artículo científico: Structure of the saxiphilin:saxitoxin (STX) complex reveals a convergent molecular recognition strategy for paralytic toxins
