Včelí jed, kôra stromu, palina, morský slimák či obyčajná pleseň. Príroda ukrýva molekuly, ktoré vedcom pomohli vytvoriť významné lieky alebo dnes ukazujú nové možnosti ďalšieho výskumu. Moderná medicína ich pritom nemusí získavať ničením pôvodných druhov.
Pojem lieky z prírody môže znieť jednoducho, v skutočnosti však často nejde o priame používanie rastlín, húb či živočíšnych látok. Príroda môže vedcom poskytnúť zaujímavú molekulu alebo mechanizmus, ktorý následne dokážu izolovať, upraviť či napodobniť synteticky.
Keď Alexander Fleming v roku 1928 spozoroval, že v okolí plesne na laboratórnej miske nerastú baktérie, pravdepodobne netušil, aký význam bude mať toto pozorovanie pre budúcnosť medicíny. A podobných príbehov poznáme viac.
Rastliny, huby aj živočíchy počas evolúcie vytvorili nespočetné množstvo chemických látok. Niektoré im slúžia na obranu, iné na lov koristi, komunikáciu alebo prežitie v konkurencii s ďalšími organizmami. Pre vedcov môžu byť tieto molekuly mimoriadne zaujímavé.
Niekedy sa prírodná látka stane priamo základom lieku. Inokedy vedcom iba ukáže mechanizmus, ktorý sa následne pokúsia využiť alebo napodobniť.
Nasledujúcich päť príkladov ukazuje, ako môže príroda inšpirovať modernú medicínu bez toho, aby riešením muselo byť masové zbieranie rastlín alebo živočíchov z voľnej prírody.
1. Včelí jed: melittín zaujal výskumníkov rakoviny prsníka
V roku 2020 vyvolal pozornosť výskum austrálskych vedcov publikovaný v časopise npj Precision Oncology. Vedci skúmali účinky včelieho jedu a jeho významnej zložky nazývanej melittín na rôzne bunky rakoviny prsníka.
V laboratórnych podmienkach sa ukázal výrazný účinok najmä na bunky agresívnych triple-negative a HER2-enriched podtypov rakoviny prsníka. Melittín okrem poškodzovania bunkovej membrány ovplyvňoval aj signalizačné mechanizmy EGFR a HER2, ktoré sa podieľajú na raste niektorých nádorových buniek.
Práve odtiaľ pochádza aj tvrdenie, ktoré sa dodnes šíri na sociálnych sieťach, že „včelí jed zničil 100 % rakovinových buniek do 60 minút“.
Má reálny základ, ale potrebuje veľmi dôležitý kontext.
Pri určitej koncentrácii včelieho jedu vedci skutočne pozorovali v laboratórnych podmienkach úplnú smrť skúmaných nádorových buniek a melittín dokázal výrazne narušiť ich bunkové membrány v priebehu približne 60 minút. Nešlo však o liečbu rakoviny u ľudí, ale o experiment s bunkami.
Od liečby pacienta je takýto výsledok ešte veľmi vzdialený. Melittín totiž môže poškodzovať aj zdravé bunky, vrátane červených krviniek, a jedným z hlavných problémov ďalšieho výskumu je preto jeho bezpečné dopravenie iba na požadované miesto. Výskum sa venuje napríklad nanočasticiam a ďalším systémom cieleného doručovania.
A čo včely?
Práve tu sa ukazuje dôležitý rozdiel medzi objavom látky v prírode a jej budúcou výrobou.
Austrálski vedci dokázali melittín pripraviť aj synteticky. Harry Perkins Institute neskôr uviedol, že vo výskume pokračujú so syntetizovanou zložkou práve bez potreby ovplyvňovať populácie včiel.
Včela tak môže vedcom ukázať zaujímavú molekulu. Neznamená to však, že prípadná budúca liečba musí byť založená na získavaní jedu z miliónov včiel.
2. Tichomorský tis: strom, ktorý pomohol priniesť významný protinádorový liek
Ešte výraznejším príkladom je paclitaxel, známy aj pod pôvodnou obchodnou značkou Taxol.
Jeho príbeh sa začal v 60. rokoch minulého storočia, keď vedci skúmali vzorky tichomorského tisu (Taxus brevifolia). V jeho kôre objavili látku s výrazným účinkom na nádorové bunky. Paclitaxel bráni správnemu priebehu bunkového delenia a neskôr sa stal významným liekom používaným napríklad pri niektorých druhoch rakoviny vaječníkov a prsníka.
Práve jeho história však zároveň ukazuje, prečo nemožno prírodu jednoducho považovať za nekonečný sklad farmaceutických surovín.
Paclitaxelu bolo v kôre málo, tis rastie pomaly a odstraňovanie kôry strom zabíjalo. Keď sa ukázalo, že by mohol mať veľký medicínsky význam, vznikol zároveň problém, ako zabezpečiť jeho produkciu bez ekologicky neudržateľného zberu divých stromov.
Vedci preto hľadali inú cestu.
Dnes existujú výrobné postupy založené napríklad na polosyntéze z obnoviteľnej rastlinnej biomasy a na kultivácii buniek tisu v kontrolovaných podmienkach. Výskum zároveň pokračuje v oblasti syntetickej biológie a ďalších spôsobov produkcie.
Príbeh paclitaxelu je preto zároveň krásnou ukážkou toho, ako medicínsky objav môže najskôr vytvoriť tlak na prírodný zdroj a následne podnietiť vývoj technológií, ktoré tento tlak výrazne znižujú.
3. Palina ročná: rastlina, ktorá pomohla zmeniť liečbu malárie
Ďalší príbeh nás vedie do Číny.
Vedkyňa Tu Youyou sa pri hľadaní nového lieku proti malárii obrátila aj na tradičné čínske poznatky o rastlinách. Výskum nakoniec viedol k izolácii látky artemisinín z paliny ročnej (Artemisia annua).
Objav mal obrovský význam. Tu Youyou za svoju prácu získala v roku 2015 Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu.
Deriváty artemisinínu sú dnes súčasťou kombinovaných terapií ACT, ktoré Svetová zdravotnícka organizácia používa v odporúčaniach na liečbu malárie.
Ale aj tu prišla ďalšia otázka: Musíme byť pri výrobe odkázaní iba na úrodu jednej rastliny? Nie nevyhnutne.
Vedcom sa podarilo upraviť kvasinky Saccharomyces cerevisiae tak, aby prostredníctvom fermentácie vytvárali kyselinu artemisinovú – prekurzor, z ktorého sa následne chemicky pripravuje artemisinín. Tento postup ukázal, ako môže syntetická biológia doplniť klasickú rastlinnú výrobu. Aj tu teda príroda poskytla návod, ktorý sa vedci neskôr naučili čiastočne preniesť do kontrolovaných výrobných procesov.
Dôležité je zároveň nezamieňať liečivo s domácim používaním rastliny. WHO výslovne neodporúča používanie čajov, kapsúl či iných nespracovaných prípravkov z Artemisia ako náhrady štandardnej liečby malárie.
4. Jed morského slimáka: od lovca koristi k lieku proti silnej bolesti
Nie všetky medicínsky zaujímavé látky pochádzajú z rastlín.
Morské ulitníky rodu Conus sú dravce, ktoré dokážu korisť ochromiť pomocou mimoriadne komplexného jedu. Jed obsahuje množstvo peptidov pôsobiacich na nervový systém.
Jeden z nich sa stal predlohou lieku ziconotide. Ziconotide blokuje určitý typ vápnikových kanálov v nervovom systéme, čím dokáže ovplyvniť prenos bolesti. V USA bol schválený v roku 2004 a používa sa pri vybraných prípadoch veľmi silnej chronickej bolesti, keď je potrebná liečba podávaná priamo do priestoru okolo miechy.
To však neznamená, že by bolo potrebné loviť morské slimáky a získavať z nich jed pre pacientov.
Samotný liek obsahuje syntetický ekvivalent prirodzene sa vyskytujúceho peptidu, ktorý bol objavený v jede druhu Conus magus. Príroda teda opäť poskytla molekulárny model. Výrobu liečiva už dokáže zabezpečiť človek.
A práve v tomto môže byť ochrana biodiverzity pre vedu zaujímavá aj z ďalšieho pohľadu. Každý druh môže obsahovať biologické mechanizmy, ktoré zatiaľ vôbec nepoznáme. To však neznamená, že jeho hodnotu treba merať iba podľa toho, či je pre človeka využiteľný.
5. Pleseň Penicillium: náhoda, ktorá pomohla zmeniť modernú medicínu
Asi najznámejší príklad prírody inšpirujúcej medicínu sa začal úplne nenápadne.
Alexander Fleming si v roku 1928 všimol, že na laboratórnej miske kontaminovanej plesňou rodu Penicillium vznikla oblasť, v ktorej baktérie nerástli.
Z plesne získal extrakt a účinnú látku pomenoval penicilín. Trvalo však ešte viac ako desaťročie, kým ďalší vedci dokázali penicilín izolovať, vyčistiť a pripraviť spôsob jeho výroby vo veľkom množstve. Počas druhej svetovej vojny sa produkcia dramaticky zvýšila vďaka hlbinnej fermentácii, pri ktorej sa mikroorganizmy pestovali vo veľkých priemyselných nádržiach.
Aj tento dnes už legendárny príbeh preto ukazuje rovnaký princíp. Veda najskôr niečo pozorovala v prírode. Potom mechanizmus pochopila. A napokon vyvinula spôsob, ako ho využiť v kontrolovanom procese.
Ako vznikajú lieky inšpirované prírodou?
Objaviť zaujímavú látku v rastline, hube alebo živočíchovi ešte neznamená, že ju treba vo veľkom získavať z voľnej prírody. Pri podobných príbehoch môže ľahko vzniknúť nesprávny dojem, že medicínske využitie automaticky znamená intenzívny zber prírodného zdroja. Moderná farmácia však môže postupovať úplne inak.
Prírodnú molekulu možno chemicky syntetizovať, vyrábať pomocou fermentácie, pestovať bunkové kultúry, upraviť mikroorganizmy tak, aby vytvárali potrebný prekurzor, alebo môže pôvodná molekula poslúžiť iba ako predloha pre novú látku.
Paclitaxel je pekným príkladom toho, prečo je takýto vývoj dôležitý. Pôvodná závislosť od kôry pomaly rastúcich tisov bola environmentálne problematická. Vývoj alternatívnych výrobných postupov výrazne zmenil spôsob, akým možno túto molekulu získavať. Pri melittíne zase samotní výskumníci pokračovali so syntetickou verziou molekuly bez potreby ďalšieho získavania látky zo včiel.
Príroda tak nemusí byť surovinovým skladom. Môže byť predovšetkým zdrojom poznania.
„Prírodné“ však automaticky neznamená bezpečné
Je tu ešte jeden dôležitý rozdiel. To, že látka pochádza z rastliny, huby alebo živočícha, vôbec neznamená, že je bezpečná.
Včelí melittín dokáže poškodzovať bunkové membrány práve preto, že je veľmi účinným toxínom. Jed morského slimáka vznikol ako biologická zbraň na ochromenie koristi. A aj liečivá odvodené z prírodných molekúl musia prejsť rovnakým hodnotením účinnosti, dávkovania, nežiaducich účinkov a bezpečnosti ako ostatné lieky.
Preto je zásadný rozdiel medzi konzumáciou alebo aplikáciou prírodného materiálu a liekom s presne definovanou účinnou látkou a dávkou. Výskum včelieho jedu napríklad rozhodne neznamená, že včelie bodnutie predstavuje liečbu rakoviny.
Biodiverzita ako knižnica, ktorú ešte ani nepoznáme
Väčšinu chemických a biologických mechanizmov existujúcich v prírode sme pravdepodobne ešte ani podrobne nepreskúmali. V tomto zmysle možno biodiverzitu prirovnať ku knižnici plnej kníh, z ktorých sme otvorili iba malú časť.
Niektoré už otvorené „knihy“ nám ukázali penicilín. Iné paclitaxel, artemisinín alebo ziconotide. A ďalšie, ako výskum melittínu, možno nakoniec k použiteľnému lieku vôbec nepovedú. Aj neúspešný výskum však môže priniesť nové poznatky o tom, ako fungujú bunky, nervový systém či rôzne biologické procesy.
To však nie je jediný dôvod, prečo má biodiverzita význam. Prírodné druhy a ekosystémy majú hodnotu bez ohľadu na to, či z nich niekedy vznikne nový liek pre človeka.
Tieto príbehy nám skôr pripomínajú ešte jednu vec: čím viac z prírody nenávratne stratíme, tým viac jej mechanizmov možno nikdy nestihneme ani spoznať. A moderná veda pritom ukazuje, že prírodu nemusíme ničiť preto, aby sme sa od nej mohli učiť.
Zdroje
- Honeybee venom and melittin suppress growth factor receptor activation in HER2-enriched and triple-negative breast cancer, npj Precision Oncology, 2020. Otvoriť štúdiu
- University of Western Australia: Honeybee venom found to kill aggressive breast cancer cells. University of Western Australia
- Harry Perkins Institute: pokračovanie výskumu syntetického melittínu. Harry Perkins Institute
- National Cancer Institute: história objavu a vývoja paclitaxelu. National Cancer Institute – Taxol
- Nobel Prize: Tu Youyou a objav artemisinínu. NobelPrize.org
- World Health Organization: súčasné odporúčania k artemisinínovým terapiám pri malárii. WHO – malaria treatment
- High-level semi-synthetic production of the potent antimalarial artemisinin, Nature, 2013. Nature – semisyntetický artemisinín
- DailyMed: aktuálne odborné informácie k ziconotidu (Prialt). DailyMed – Prialt
- The Discovery of Penicillin—New Insights After More Than 75 Years of Clinical Use, odborný prehľad histórie penicilínu. PubMed Central
- S obrázkami nám pomáha AI.
Aby vám neunikol žiadny náš článok, odporúčame vám prihlásiť sa k odberu nášho newslettra v spodnej časti stránky.
