Tetrodotoxina -Tetrodotoxin

tetrodotoxina
Tetrodotoxin.svg
Tetrodotoxina baseada em xtal-1970-3D-balls.png
nomes
nome IUPAC
(4 R ,4a R ,5 R ,6 S ,7 S ,8 S ,8a R ,10 S ,12 S )-2-azaniumilideno-4,6,8,12-tetrahidroxi-6-(hidroximetil)-2 ,3,4,4a,5,6,7,8-octahidro-1 H -8a,10-metano-5,7-(epoximetanooxi)quinazolin-10-olato
Outros nomes
anidrotetrodotoxina, 4-epitetrodotoxina, ácido tetrodônico, TTX
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.022.236 Edite isso no Wikidata
KEGG
UNII
  • InChI=1S/C11H17N3O8/c12-8-13-6(17)2-4-9(19,1-15)5-3(16)10(2,14-8)7(18)11(20, 21-4)22-5/h2-7,15-20H,1H2,(H3,12,13,14)/t2-,3-,4-,5+,6-,7+,9+,10 -,11+/m1/s1 ☒N
    Chave: CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKESA-N ☒N
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    Chave: CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKEBM
  • O1[C@@H]4[C@@](O)([C@@H]3O[C@@]1(O)[C@@H](O)[C@]2(N\ C(N/[C@H](O)[C@H]23)=N)[C@@H]4O)CO
  • zwitterion : O1[C@@H]4[C@@](O)([C@@H]3O[C@@]1([O-])[C@@H](O)[C@ ]2(N\C(N/[C@H](O)[C@H]23)=[NH2+])[C@@H]4O)CO
Propriedades
C 11 H 17 N 3 O 8
Massa molar 319.268
Exceto quando indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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A tetrodotoxina ( TTX ) é uma potente neurotoxina . Seu nome deriva de Tetraodontiformes , uma ordem que inclui baiacu , porco-espinho , peixe-lua oceânico e peixe-porco ; várias dessas espécies carregam a toxina. Embora a tetrodotoxina tenha sido descoberta nesses peixes e encontrada em vários outros animais (por exemplo, em polvos de anéis azuis , salamandras de pele áspera e caracóis da lua ), ela é na verdade produzida por certas bactérias infectantes ou simbióticas como Pseudoalteromonas , Pseudomonas e Vibrio como assim como outras espécies encontradas em animais.

A tetrodotoxina é um bloqueador dos canais de sódio . Ele inibe o disparo de potenciais de ação nos neurônios ligando-se aos canais de sódio controlados por voltagem nas membranas das células nervosas e bloqueando a passagem de íons de sódio (responsáveis ​​pela fase ascendente de um potencial de ação) para o neurônio. Isso impede que o sistema nervoso transmita mensagens e, portanto, os músculos se contraiam em resposta à estimulação nervosa.

Seu mecanismo de ação, o bloqueio seletivo do canal de sódio, foi demonstrado definitivamente em 1964 por Toshio Narahashi e John W. Moore na Duke University , usando a técnica de braçadeira de voltagem de gap de sacarose .

Fontes na natureza

Além de suas espécies bacterianas de origem biossintética final mais provável (veja abaixo), a tetrodotoxina foi isolada de espécies animais amplamente diferentes, incluindo:

A tarichatoxina demonstrou ser idêntica à TTX em 1964 por Mosher et al . livros didáticos de toxicologia), embora monografias históricas questionando isso continuem sendo reimpressas.

A toxina é usada variadamente por metazoários como uma biotoxina defensiva para afastar a predação , ou como um veneno defensivo e predatório (por exemplo, em polvos, chaetognaths e vermes de fita ). Embora a toxina atue como um mecanismo de defesa, alguns predadores, como a cobra comum, desenvolveram insensibilidade ao TTX, o que lhes permite atacar tritões tóxicos .

A associação de TTX com populações bacterianas consumidas, infectantes ou simbióticas dentro das espécies de metazoários das quais é isolado é relativamente clara; a presença de bactérias produtoras de TTX no microbioma de um metazoário é determinada por métodos de cultura, a presença da toxina por análise química e a associação da bactéria com a produção de TTX por ensaio de toxicidade de meios nos quais bactérias suspeitas são cultivadas. Como Lago et al. observe que "há boas evidências de que a absorção de bactérias produtoras de TTX é um elemento importante da toxicidade do TTX em metazoários marinhos que apresentam essa toxina". As bactérias produtoras de TTX incluem as espécies Actinomyces , Aeromonas , Alteromonas , Bacillus , Pseudomonas e Vibrio ; nos seguintes animais, espécies bacterianas específicas foram implicadas:

A associação de espécies bacterianas com a produção da toxina é inequívoca - Lago e colaboradores afirmam que "bactérias simbióticas endocelulares foram propostas como uma possível fonte de TTX eucariótica por meio de uma via exógena", e Chau e colaboradores observam que a "ocorrência generalizada de TTX em organismos filogeneticamente distintos... sugere fortemente que bactérias simbióticas desempenham um papel na biossíntese de TTX" - embora a correlação tenha sido estendida à maioria, mas não a todos os metazoários nos quais a toxina foi identificada. Ao contrário, houve uma falha em um único caso, o dos tritões ( Taricha granulosa ), para detectar bactérias produtoras de TTX nos tecidos com níveis mais altos de toxina ( pele , ovários , músculos ), usando métodos de PCR , embora preocupações técnicas sobre a abordagem foram levantadas. Criticamente para o argumento geral, os baiacu Takifugu rubripes capturados e criados em laboratório em dietas controladas sem TTX "perdem a toxicidade ao longo do tempo", enquanto baiacu Takifugu niphobles cultivados e livres de TTX alimentados com dietas contendo TTX viram TTX nos fígados dos os peixes atingem níveis tóxicos. Portanto, como as espécies bacterianas produtoras de TTX estão amplamente presentes em sedimentos aquáticos, um forte argumento é feito para a ingestão de TTX e/ou bactérias produtoras de TTX, com acúmulo e possível colonização e produção subsequentes. No entanto, sem vias biossintéticas claras (ainda não encontradas em metazoários, mas mostradas para bactérias), permanece incerto se é simplesmente por meio de bactérias que cada metazoário acumula TTX; permanece a questão de saber se as quantidades podem ser suficientemente explicadas pela ingestão, ingestão mais colonização ou algum outro mecanismo.

Bioquímica

A tetrodotoxina se liga ao que é conhecido como local 1 do canal rápido de sódio dependente de voltagem . O sítio 1 está localizado na abertura do poro extracelular do canal iônico. A ligação de quaisquer moléculas a este local desativará temporariamente a função do canal iônico, bloqueando assim a passagem de íons de sódio para a célula nervosa (o que é necessário para a condução nervosa); a neosaxitoxina e várias das conotoxinas também se ligam ao mesmo local.

O uso dessa toxina como uma sonda bioquímica elucidou dois tipos distintos de canais de sódio dependentes de voltagem presentes em mamíferos: canais de sódio dependentes de voltagem sensíveis à tetrodotoxina (canais TTX-s Na +) e canais de sódio dependentes de voltagem resistentes à tetrodotoxina ( TTX-r Na + canais). A tetrodotoxina inibe os canais TTX-s Na + em concentrações de cerca de 1–10 nM, enquanto concentrações micromolares de tetrodotoxina são necessárias para inibir os canais TTX-r Na + . As células nervosas contendo canais TTX-r Na + estão localizadas principalmente no tecido cardíaco , enquanto as células nervosas contendo canais TTX-s Na + dominam o resto do corpo.

O TTX e seus análogos têm sido historicamente agentes importantes para uso como compostos de ferramentas químicas, para uso na caracterização de canais e em estudos fundamentais da função do canal. A prevalência de canais TTX-s Na + no sistema nervoso central torna a tetrodotoxina um agente valioso para o silenciamento da atividade neural dentro de uma cultura de células .

Síntese química

Em 1964, uma equipe de cientistas liderada por Robert B. Woodward elucidou a estrutura da tetrodotoxina. A estrutura foi confirmada por cristalografia de raios X em 1970. Yoshito Kishi e colaboradores relataram a primeira síntese total de tetrodotoxina racêmica em 1972. M. Isobe e colaboradores e J. Du Bois relataram a síntese total assimétrica de tetrodotoxina em 2003. Os dois 2003 as sínteses usaram estratégias muito diferentes, com a rota de Isobe baseada em uma abordagem de Diels-Alder e o trabalho de Du Bois usando ativação de ligação C-H . Desde então, os métodos avançaram rapidamente, com o desenvolvimento de várias novas estratégias para a síntese de tetrodotoxina.

Envenenamento

Toxicidade

TTX é extremamente tóxico. A Ficha de Dados de Segurança do Material para TTX lista a dose letal mediana oral ( LD 50 ) para camundongos como 334  μg por kg. Para efeito de comparação, o LD 50 oral de cianeto de potássio para camundongos é de 8.500 μg por kg, demonstrando que, mesmo por via oral, o TTX é mais venenoso que o cianeto . TTX é ainda mais perigoso se administrado por via intravenosa; a quantidade necessária para atingir uma dose letal por injeção é de 8 μg por kg em camundongos.

A toxina pode entrar no corpo de uma vítima por ingestão , injeção ou inalação , ou através da pele escoriada.

A intoxicação decorrente do consumo de peixes da ordem Tetraodontiformes é extremamente grave. Os órgãos (por exemplo, fígado) do baiacu podem conter níveis de tetrodotoxina suficientes para produzir a paralisia do diafragma descrita e a correspondente morte por insuficiência respiratória . A toxicidade varia entre as espécies e em diferentes estações e localidades geográficas, e a carne de muitos baiacu pode não ser perigosamente tóxica.

O mecanismo de toxicidade ocorre por meio do bloqueio dos canais rápidos de sódio controlados por voltagem, necessários para a transmissão normal de sinais entre o corpo e o cérebro. Como resultado, o TTX causa perda de sensibilidade e paralisia dos músculos voluntários, incluindo o diafragma e os músculos intercostais, parando a respiração.

História

Uma farmacopéia chinesa, 1930.

Os usos terapêuticos dos ovos de baiacu ( tetraodon ) foram mencionados na primeira farmacopeia chinesa Pen-T'so Ching (O Livro das Ervas, supostamente 2838–2698 aC por Shennong ; mas uma data posterior é mais provável ), onde foram classificados como tendo toxicidade "média", mas pode ter um efeito tônico quando usado na dose correta. O uso principal era "para deter doenças convulsivas". No Pen-T'so Kang Mu (Index Herbacea ou The Great Herbal de Li Shih-Chen, 1596) alguns tipos de peixe Ho-Tun (o nome chinês atual para tetraodon ) também foram reconhecidos como tóxicos ainda, no dose certa, útil como parte de um tônico. O aumento da toxicidade em Ho-Tun foi observado em peixes capturados no mar (em vez de rio) após o mês de março. Reconheceu-se que as partes mais venenosas eram o fígado e os ovos, mas essa toxicidade poderia ser reduzida embebendo os ovos, observando que a tetrodotoxina é ligeiramente solúvel em água e solúvel a 1 mg/ml em soluções ligeiramente ácidas.

O médico alemão Engelbert Kaempfer , em sua "História do Japão" (traduzida e publicada em inglês em 1727), descreveu como eram conhecidos os efeitos tóxicos do peixe, a ponto de ser usado para suicídio e que o imperador decretou especificamente que os soldados não tinham permissão para comê-lo. Há também evidências de outras fontes de que o conhecimento de tal toxicidade foi difundido em todo o sudeste da Ásia e na Índia.

Os primeiros casos registrados de envenenamento por TTX afetando ocidentais são dos registros do capitão James Cook de 7 de setembro de 1774. Naquela data, Cook registrou sua tripulação comendo alguns peixes tropicais locais (baiacu) e alimentando os porcos mantidos a bordo com os restos mortais. A tripulação sentiu dormência e falta de ar, enquanto os porcos foram todos encontrados mortos na manhã seguinte. Em retrospectiva, fica claro que a tripulação sobreviveu a uma dose leve de tetrodotoxina, enquanto os porcos comeram as partes do corpo do baiacu que contêm a maior parte da toxina, sendo fatalmente envenenados.

A toxina foi isolada e nomeada pela primeira vez em 1909 pelo cientista japonês Dr. Yoshizumi Tahara. Foi um dos agentes estudados pela Unidade 731 do Japão , que avaliou armas biológicas em seres humanos na década de 1930.

Sintomas e tratamento

O diagnóstico de envenenamento por baiacu é baseado na sintomatologia observada e na história alimentar recente.

Os sintomas geralmente se desenvolvem dentro de 30 minutos após a ingestão, mas podem demorar até quatro horas; no entanto, se a dose for fatal, os sintomas geralmente estão presentes 17 minutos após a ingestão. A parestesia dos lábios e da língua é seguida pelo desenvolvimento de parestesia nas extremidades, hipersalivação , sudorese , dor de cabeça, fraqueza, letargia, incoordenação , tremor , paralisia, cianose , afonia , disfagia e convulsões . Os sintomas gastrointestinais costumam ser graves e incluem náuseas , vômitos , diarréia e dor abdominal ; a morte é geralmente secundária à insuficiência respiratória . O desconforto respiratório aumenta , a fala é afetada e a vítima geralmente apresenta dispnéia , midríase e hipotensão . A paralisia aumenta e podem ocorrer convulsões , comprometimento mental e arritmia cardíaca . A vítima, embora completamente paralisada, pode estar consciente e, em alguns casos, completamente lúcida até pouco antes da morte, que geralmente ocorre dentro de 4 a 6 horas (intervalo de ~20 minutos a ~8 horas). No entanto, algumas vítimas entram em coma .

Se o paciente sobreviver 24 horas, a recuperação sem efeitos residuais geralmente ocorrerá em alguns dias.

A terapia é de suporte e baseada nos sintomas, com manejo precoce agressivo das vias aéreas. Se ingerido, o tratamento pode consistir em esvaziar o estômago, alimentar a vítima com carvão ativado para ligar a toxina e tomar medidas padrão de suporte à vida para manter a vítima viva até que o efeito do veneno desapareça. Agonistas alfa-adrenérgicos são recomendados além de fluidos intravenosos para combater a hipotensão; agentes anticolinesterásicos "foram propostos como uma opção de tratamento, mas não foram testados adequadamente".

Nenhum antídoto foi desenvolvido e aprovado para uso humano, mas um relatório de pesquisa primária (resultado preliminar) indica que um anticorpo monoclonal específico para tetrodotoxina está em desenvolvimento pelo USAMRIID que foi eficaz, em um estudo, para reduzir a letalidade da toxina em testes em camundongos .

Frequência geográfica de toxicidade

Os envenenamentos por tetrodotoxina têm sido quase exclusivamente associados ao consumo de baiacu das águas das regiões do Oceano Indo-Pacífico. Baiacus de outras regiões são muito menos consumidos. Vários casos relatados de envenenamento, incluindo fatalidades, envolveram baiacu do Oceano Atlântico, Golfo do México e Golfo da Califórnia . Não houve casos confirmados de tetrodotoxicidade do baiacu do Atlântico, Sphoeroides maculatus , mas em três estudos, extratos de peixes dessa espécie foram altamente tóxicos em camundongos. Várias intoxicações recentes por esses peixes na Flórida foram devidas à saxitoxina , que causa intoxicação paralisante por moluscos com sintomas e sinais muito semelhantes. A casca da trombeta Charonia sauliae tem sido implicada em intoxicações alimentares, e as evidências sugerem que ela contém um derivado da tetrodotoxina. Houve vários envenenamentos relatados de baiacu rotulado incorretamente e pelo menos um relato de um episódio fatal no Oregon, quando um indivíduo engoliu um tritão Taricha granulosa de pele áspera .

Em 2009, um grande susto na região de Auckland , na Nova Zelândia , foi desencadeado depois que vários cães morreram comendo Pleurobranchaea maculata (lesma-do-mar cinza) nas praias. Crianças e donos de animais de estimação foram orientados a evitar praias, e a pesca recreativa também foi interrompida por um tempo. Após análise exaustiva, descobriu-se que as lesmas do mar devem ter ingerido tetrodotoxina.

Fatores estatísticos

As estatísticas do Bureau de Bem-Estar Social e Saúde Pública de Tóquio indicam 20 a 44 incidentes de envenenamento por fugu por ano entre 1996 e 2006 em todo o país, levando a 34 a 64 hospitalizações e 0 a 6 mortes por ano, para uma taxa média de mortalidade de 6,8%. Dos 23 incidentes registrados em Tóquio entre 1993 e 2006, apenas um ocorreu em um restaurante, enquanto os outros envolveram pescadores comendo sua pesca. De 2006 a 2009, no Japão, houve 119 incidentes envolvendo 183 pessoas, mas apenas 7 pessoas morreram.

Apenas alguns casos foram relatados nos Estados Unidos, e surtos em países fora da área do Indo-Pacífico são raros. No Haiti, acredita-se que a tetrodotoxina tenha sido usada em preparações de vodu , nos chamados venenos de zumbis , onde análises cuidadosas subseqüentes repetidamente questionaram os primeiros estudos por motivos técnicos e falharam em identificar a toxina em qualquer preparação, de modo que a discussão do assunto praticamente desapareceu da literatura primária desde o início dos anos 1990. Kao e Yasumoto concluíram no primeiro de seus artigos em 1986 que "a alegação amplamente divulgada na imprensa leiga de que a tetrodotoxina é o agente causal no processo inicial de zumbificação não tem fundamento factual".

O histórico genético não é um fator de suscetibilidade ao envenenamento por tetrodotoxina. Essa toxicose pode ser evitada não consumindo espécies animais conhecidas por conter tetrodotoxina, principalmente o baiacu; outras espécies tetrodotóxicas geralmente não são consumidas por humanos.

Fugu como um alimento

O envenenamento por tetrodotoxina é uma preocupação de saúde pública no Japão, onde o " fugu " é uma iguaria tradicional. É preparado e vendido em restaurantes especiais onde chefs treinados e licenciados retiram cuidadosamente as vísceras para reduzir o perigo de envenenamento. Existe potencial para erros de identificação e rotulagem, particularmente de produtos de peixe preparados e congelados.

Análise de alimentos

O bioensaio de camundongo desenvolvido para intoxicação por moluscos paralíticos (PSP) pode ser usado para monitorar a tetrodotoxina em baiacu e é o método atual de escolha. Um método de HPLC com reação pós-coluna com álcali e fluorescência foi desenvolvido para determinar a tetrodotoxina e suas toxinas associadas. Os produtos de degradação alcalina podem ser confirmados como seus derivados trimetilsilil por cromatografia gasosa/espectrometria de massa.

Detecção em fluidos corporais

A tetrodotoxina pode ser quantificada no soro, sangue total ou urina para confirmar o diagnóstico de envenenamento em pacientes hospitalizados ou para auxiliar na investigação forense de um caso de superdosagem fatal. A maioria das técnicas analíticas envolve a detecção por espectrometria de massa após a separação por cromatografia gasosa ou líquida.

Pesquisa terapêutica moderna

A tetrodotoxina foi investigada como um possível tratamento para a dor associada ao câncer. Os primeiros ensaios clínicos demonstraram alívio significativo da dor em alguns pacientes.

Além da aplicação de dor oncológica mencionada, mutações em um canal de Na + sensível a TTX em particular estão associadas a algumas dores de cabeça de enxaqueca , embora não esteja claro se isso tem alguma relevância terapêutica para a maioria das pessoas com enxaqueca.

A tetrodotoxina tem sido usada clinicamente para aliviar a dor de cabeça associada à abstinência de heroína .

Regulamento

Nos EUA, a tetrodotoxina aparece na lista de agentes selecionados do Departamento de Saúde e Serviços Humanos , e os cientistas devem se registrar no HHS para usar a tetrodotoxina em suas pesquisas. No entanto, os investigadores que possuem menos de 500 mg estão isentos de regulamentação.

Cultura popular

A tetrodotoxina serve como uma trama para os personagens fingirem a morte, como nos filmes Hello Again (1987), The Serpent and the Rainbow (1988), The A-Team (2010) e Captain America: The Winter Soldier (2014), War (2019), e em episódios de " Jane the Virgin ", Miami Vice (1985), Nikita , MacGyver Temporada 7, Episódio 6, onde o antídoto é Datura stramonium leaf, CSI: NY (Temporada 4, episódio 9 "Boo") e Chuck . Em Law Abiding Citizen (2009) e Alex Cross (2012), sua paralisia é apresentada como um método de auxílio à tortura. A toxina também foi referenciada em "forma sintética" no S1E2 da série " FBI ". A toxina é usada como arma na segunda temporada de Archer , em Covert Affairs e no episódio Inside No. 9 " The Riddle of the Sphinx ".

Com base na presunção de que a tetrodotoxina nem sempre é fatal, mas em doses quase letais pode deixar uma pessoa extremamente doente com a pessoa permanecendo consciente, a tetrodotoxina foi acusada de resultar em zombieismo e foi sugerida como um ingrediente em preparações de vodu haitiano . Essa ideia apareceu pela primeira vez no livro de não ficção de 1938, Tell My Horse, de Zora Neale Hurston, no qual havia vários relatos de suposto envenenamento por tetrodotoxina no Haiti por um feiticeiro vodu chamado Bokor. Essas histórias foram posteriormente popularizadas pelo etnobotânico treinado em Harvard Wade Davis em seu livro de 1985 e no filme de Wes Craven de 1988, ambos intitulados A Serpente e o Arco-Íris . James Ellroy inclui a "toxina do baiacu" como um ingrediente nas preparações do vodu haitiano para produzir zumbis e mortes por envenenamento em seu romance sombrio, perturbador e violento, Blood's a Rover . Mas essa teoria tem sido questionada pela comunidade científica desde a década de 1990 com base em testes baseados em química analítica de preparações múltiplas e revisão de relatórios anteriores (veja acima).

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos