Pflanzen gewonnene Aasfresser Prowl Körper für Nervengifte

Das Gehirn ist immer klappern , sich über elektrische Impulse entlang der festverdrahtete Neuronen gesendet "Ethernet ". Diese E- Nachrichten werden in chemischen Getriebe übersetzt , so dass die Kommunikation über den schmalen Spalt trennt ein Neuron von einem anderen oder zwischen Nervenzellen und ihren Zielzellen . Von den vielen Arten von Molekülen in dieser lebendigen chemischen Symposium beteiligt sind, ist Acetylcholin zu den kritischen , Durchführung einer Vielzahl von Funktionen im zentralen und peripheren Nervensystems . Dieses zarte cholinergen Design ist jedoch sehr anfällig . Es kann zum Opfer zufällige oder vorsätzliche Vergiftung fallen durch eine Klasse von Verbindungen, die als Organophosphate bekannt - Chemikalien, die in einer Reihe von Pflanzenschutzmitteln sowie zur Waffe Nervenkampfstoffe gefunden.

Jetzt Tsafrir Mor , ein Biochemiker im Zentrum für Infektionskrankheiten und Vakzinologie am Biodesign Institute an der Arizona State University hat gezeigt, dass die menschliche Butyrylcholinesterase ( BChE ) , eine sogenannte bioscavenging Moleküls kann synthetisch hergestellt werden - aus Pflanzen . Ferner Mor und seine Mitarbeiter haben die Wirksamkeit von pflanzlichen BChE beim Schutz gegen sowohl Pestizid und Nervengas Organophosphatvergiftung demonstriert.

Forschung der Gruppe, die vor kurzem in der berichtet Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften(PNAS ) , zeigt Versprechen nicht nur für den Schutz des Nervensystems von den Auswirkungen der Organophosphate, sondern auch für die Gewinnung eine festere Verständnis von Acetylcholin bedingten Krankheiten wie Alzheimer- Demenz und evtl. für den Einsatz gegen Überdosis Drogen und Sucht , vor allem Kokain.

In den Entwicklungsländern sind zufällige Pestizidvergiftungen häufig. Organophosphat- Verbindungen sind auch die Methode der Wahl für viele Selbstmorde in den armen , landwirtschaftlich geprägten Regionen . Die Entwicklung von weit mehr tödliche Organophosphate entwickelt, um Menschen zu töten hat an Tempo seit Nazi-Deutschland erfunden und Kalter Krieg Gegner , den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion raffiniert und gelagert diese Mittel .

Nach dem Zusammenbruch der UdSSR, zur Waffe Organophosphat- Gifte haben vermehrt , gelegentlich in die Hände von Schurkenstaaten oder Terrororganisationen fallen , da diese tödliche Nervengifte sind relativ einfach und kostengünstig herzustellen und zu lagern. Die Gefahr einer Nervengas Angriff auf die Zivilbevölkerung , wie der Angriff Sarin in der Tokioter U-Bahn im Jahr 1995 durch die religiös motivierte Gruppe Aum verübt , bleibt eine Kühlmöglichkeit. Die Notwendigkeit für einen wirksamen Schutz und Behandlung für Organophosphatvergiftung ist daher ein wichtiges Anliegen für die öffentliche Gesundheit .

Derzeit klinische Behandlung für die Belastung durch Organophosphate beinhaltet die Verwendung von Chemikalien wie Atropin , das Leben zu retten und zu lindern akute Symptome , aber die langfristigen neurologischen Auswirkungen einer solchen Vergiftung , die Muskelschwäche , Krampfanfälle und Krämpfe, dauerhaften Hirn umfassen können adressieren ausfallen Mängel und soziale oder Verhaltensauffälligkeiten .

Bioscavengers , Mor erklärt , dienen als Wachposten in den Körper, die Suche nach und die Bindung mit unerwünschten Stoffen und neutralisierenden oder zu zerstören. Die am meisten untersuchten bioscavengers sind die beiden menschlichen Cholinesterasen - Acetylcholinesterase (AChE ), die von Neuronen im Gehirn und BChE , das hauptsächlich in der Leber produziert wird und zirkuliert im Blutserum gewonnen wird. Zusätzlich zu ihrer Rolle bei der Verteidigung des Körpers von schädlichen Chemikalien , Cholinesterasen führen eine wichtige Reinigungsfunktion, Aufwischen Moleküle von Acetylcholin, wenn ihre Signal Aufgaben abgeschlossen sind.

AChE ist ein Schlüsselenzym bioscavenger die Übertragung von Nervenimpulsen endet in cholinergen Synapsen des Gehirns und ist auch in der neuromuskulären Verbindungsstelle , wo die Axone von Motoneuronen auf Muskelzellen zu beenden aktiv. Wie Mor erklärt: " jedes Mal, dass Sie einen Muskel zu bewegen , wird die Übertragung durch Acetylcholin, die am Ende der Nervenzelle freigesetzt wird und durch den Rezeptor auf den Muskel entnommen getan , was zu einem Einstrom von Ionen und Kontraktion des Muskels Zelle. " Damit dies in einer koordinierten Art und Weise durchgeführt werden , muss der Nervenimpuls aus fast sofort geschnitten werden. Dies ist, was die Cholinesterasen tun .

Während andere Neurotransmitter wie Serotonin durch Wiederaufnahme eliminiert , Cholinesterasen entfernen Moleküle von Acetylcholin durch Hydrolyse von ihnen . Hydrolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein gegebenes Molekül wird durch die Zugabe eines Wassermoleküls in zwei Teile aufgeteilt . AChE ist höchst effizient in der katalytischen Aktivität , Erniedrigungen etwa 25.000 Moleküle von Acetylcholin pro Sekunde.

Ohne Hilfe von schnell loszuwerden Acetylcholin Moleküle , sobald sie ihre Meldepflichtdurchgeführt wird, überschwemmen sie das Nervensystem und in ausreichender Menge produzieren neuromuskuläre Lähmungen, und unregulierten Muskelkontraktion, was schließlich zu Tod durch Atem- und Herzkollaps . Diese Tatsache , Mor sagt , macht das System so etwas wie eine Achillesferse . Viele Organismen nutzen diese cholinergen Matrix sowohl für offensive und defensive Zwecke . Pflanzen produzieren potente anti- Cholinesterasen zu versuchen, Herbivorie durch Insekten, die in einigen Fällen haben Mechanismen entwickelt , solche Abwehr umgehen zu vereiteln.

Säugetiere und Vögel haben ihre eigenen Mechanismen für den Umgang mit Cholinesterase- Blocker entwickelt. Beim Menschen ein bestimmtes Gen kodiert für BChE , einem eng verwandten Analogon von AChE , aber eine, die im Blut zirkuliert , die Verlegung in warten, um Anti- Cholinesterase- Moleküle wie die von Organophosphat- Gifte abzufangen . Die Wirksamkeit der BChE bei der Neutralisierung potentiell tödliche Organophosphate hat es eine sehr attraktive Kandidaten für Schutz vor den Auswirkungen von Pestiziden oder Nervengifte sowie Eindämmung von deren Folgen Postexpositions gemacht . Während AChE tritt im Gehirn und ist daher schwierig zu erfassen , kann ohne weiteres aus BChE Blut gewonnen und für eine spätere Verwendung gelagert werden .

Das Problem ist jedoch , genügend BChE . Um ein paar tausend Soldaten auf dem Schlachtfeld von Nervengas -Vergiftung zu schützen, würde die Blutversorgung des gesamten Landes erforderlich. Ferner weist Mor auf viele andere Anwendungen in der Medizin , die die Produktion einer beträchtlichen Vorrat an BChE höchst wünschenswert machen würde. Neben möglichen Behandlung von cholinergischen Erkrankungen könnte BChE postoperativ bei Patienten, die den natürlich vorkommenden Enzym fehlt und daher Schwierigkeiten haben Erholung von den Wirkungen der Anästhesie verwendet werden. Es gibt auch Hinweise , dass BChE kann für die Behandlung von akuten Überdosis Kokain und möglicherweise als eine prophylaktische , die euphorisierende Wirkung Kokain zu beseitigen wäre , so dass Benutzer weniger wahrscheinlich zu suchen, die Droge. Wiederum ist die Herausforderung , die das Enzym in ausreichender Menge .

Die Lösung Mor und seine Gruppe haben mit zu kommen ist es, transgenen Tabakpflanzen , modifiziert werden, um die menschliche BChE in ihren Blättern zu synthetisieren, zu verwenden. In einer Reihe von Experimenten in der neuen Papier skizziert , war Mor Gruppe in der Lage, erfolgreich Schutz vor sowohl von Pestiziden und Nervengift Organophosphatvergiftung in zwei Tiermodellen zu zeigen. Das Team war auch in der Lage , die Halbwertszeit des aus Pflanzen stamm BChE erstrecken , enger Replizieren der Persistenz im Blut natürlich vorkommender BChE , wodurch ihre Wirksamkeit verbessert wird. Dies wurde durch die Dekoration der äußere Teil des Enzyms mit Polyethylenglycol ( PEG ) durchgeführt.

Mor betont, dass noch viel Arbeit , bevor synthetische BChE als Nervengift Gegenmittel oder für andere klinische Zwecke eingesetzt werden. Zurzeit ist die Pflanze abgeleiteten BChE stöchiometrisch , was bedeutet , daß ein Molekül des Enzyms wird für jeden Anticholinesterase- Moleküls notwendig, um abgebaut werden . Zukünftige Arbeiten ist die Entwicklung Formen des Enzyms , die katalytisch gegen Organophosphate handeln kann , die eine weit geringere effektive Dosis von BChE erlauben würde zielte darauf ab, zur Vergiftung oder für die Behandlung nach der Exposition zu schützen.

Hinweise:

Diese Arbeit wurde zum Teil durch die National Institutes of Health CounterACT Programm durch das Nationale Institut für neurologische Erkrankungen und Schlaganfall bei einem Konsortium Zuschuss für US Army Medical Research Institute of Chemical Defense im Rahmen eines Forschungskooperationsvertragverliehen und Dr. Mor Vertrag finanziert. Es ist eine Fortsetzung früherer Arbeiten ursprünglich unter Unterstützung von der Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA ) .

Neben Dr. Mor Ernennung mit der Biodesign Institute an der Arizona State University ist er Professor an der School of Life Sciences .

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* Aktuelle oder ehemalige Mitglieder des Mor Lab an der ASU .

Quelle: Arizona State University