Estrategias y Avances en el Estudio de Toxinas de Interees para la Biomedicina
Estrategias y Avances en el Estudio de Toxinas de Interees para la Biomedicina
El libro que sometemos a su consideración Estrategias y avances en el estudio de toxinas de interés para la Biomedicina resulta de la experiencia investigativa de los grupos que integran la Red Temática Iberoamericana CYTED 212RT0467 (BIOTOX) en el campo de las toxinas de impacto en la Bio- medicina.
Parte de la elevada diversidad biológica de la fauna latinoamericana está constituida por especies venenosas escasamente estudiadas y que en algunos casos pueden representar un problema de salud. Esta biodiversidad constituye un reservorio importante de moléculas bioactivas, en particular de toxinas. Tales biomoléculas pudieran servir de herramientas para estu- dios farmacológicos y para la formulación de nuevos agentes terapéuticos. Las toxinas, además de sus implicaciones inmediatas para la salud, se han constituido en nuevas drogas o han servido como moldes para el diseño de novedosos medicamentos. Algunas de las toxinas, identificadas en estos venenos, bloquean canales iónicos asociados con enfermedades degenera- tivas como el Alzheimer, el Parkinson; otras afectan a los linfocitos T, las cuales pueden ser herramientas útiles para comprender y tratar enferme- dades autoinmunes como el lupus eritematoso diseminado y la esclerosis múltiple, entre otras. Su caracterización pudiera servir como herramienta para el estudio o tratamiento de estas enfermedades. Se han identificado además toxinas con actividad procoagulante y anticoagulante, las cuales podrían ser desarrolladas como herramientas en investigaciones sobre he- mostasia y/o como potenciales agentes terapeúticos para prevenir proble- mas hemorrágicos o trombóticos. Otro grupo de toxinas de sumo interés lo constituyen las defensinas con capacidad bactericida y antiparasitaria.
Los venenos constituyen bibliotecas naturales, altamente evoluciona- das, de moléculas bioactivas que pueden ser empleadas como terapeúticos, productos líderes o ser incorporadas a sistemas más complejos, tales como inmunotoxinas, dirigidas contra células cancerosas u otros sistemas nano- biotecnológicos para la entrega de moléculas al citosol celular para la lucha contra enfermedades complejas como es el caso del cáncer.
El texto tiene como propósito fundamental brindar un panorama de las estrategias empleadas para el estudio y la caracterización de diferentes toxinas, su separación, purificación y el estudio del mecanismo de acción de algunos de sus componentes. El contenido aquí recopilado no pretende ser exhaustivo, más bien se trata de un material de carácter general, cuyo propósito comunicativo es servir para orientar en estrategias a aquellos es- pecialistas que se desarrollan en el campo de las toxinas o a los interesados en adentrarse en este ámbito.
En este compendio se abordan temas relacionados con la caracteriza- ción físico-química y funcional de los venenos, el estudio de su proteoma y el aislamiento, purificación y la caracterización funcional y del perfil farma- cológico de sus constituyentes, principalmente de naturaleza peptídica.
El capítulo 1 describe los métodos para el estudio de actividades tóxi- cas de los venenos de serpientes que pueden ser también empleados en el análisis de la capacidad neutralizante de antivenenos y de sustancias inhibi- torias de origen natural o sintético.
En el segundo capítulo se presentan las técnicas utilizadas en la sepa- ración de venenos, en el estudio de sus actividades biológicas y en la pro- ducción de anticuerpos IgY, contra estos, que resultan herramientas versá- tiles y con múltiples ventajas. Adicionalmente, se describen los métodos de cuantificación de la concentración del veneno, la separación de sus compo- nentes mediante las técnicas de cromatografía líquida de alta resolución, geles bidimensionales y western blot. Se detalla el aislamiento de macró- fagos peritoneales de ratón como una herramienta para el estudio de los cambios en la concentración del calcio intracelular mediada por el veneno, así como técnicas utilizadas para estudiar su actividad inflamatoria. Así mismo, se expone el método de voltage clamp para el estudio de las toxinas sobre los canales de sodio dependientes de voltaje.
Uno de los enfoques más actuales para el estudio de los venenos lo constituye la proteómica que es el tema sobre el cual versa el capítulo 3.
Por su parte, el cuarto capítulo resume los principales métodos em- pleados en el estudio de los canales iónicos dependientes de pH.
En el capítulo 5 se brindan los enfoques técnicos utilizados para el es- tudio de los cambios inducidos en la superficie de las membranas por fosfo- lipasas, componentes de algunos venenos, e incluye tanto la microscopía de fluorescencia como la de ángulo de Brewster de capas monomoleculares de tipo Langmuir y Langmuir-Scheafer.
La utilización de liposomas, uno de los modelos más empleados para mimetizar las membranas biológicas, y de los proteoliposomas como pro- misorios nano-transportadores de drogas/toxinas en la nanobiotecnología se describen en el capítulo 6.
El capítulo 7 se centra en el estudio de la difracción de rayos X a bajos ángulos (SAXS) aplicada al estudio de proteínas en solución y a toxinas que interactúan con membranas. En el capítulo 8 se expone el estudio de las diferentes etapas del mecanismo de acción de la α- hemolisina de Escheri- chia coli poniendo énfasis en los resultados obtenidos mediante el uso de novedosas metodologías, como la Resonancia de Plasmones Superficiales, la Microscopía de Fuerza Atómica, la Transferencia de Energía Resonante de Fluorescencia y las Bicapas Lipídicas Planas.
Cierra el libro el capítulo 9 donde se describen metodologías y estra- tegias empleadas, frecuentemente, en el estudio de las toxinas formadoras de poros producidas por las anémonas marinas con especial énfasis en las sticholysinas, las dos toxinas citolíticas producidas por Stichodactyla helian- thus. Los métodos expuestos abarcan desde estrategias para la obtención por via recombinante de actinoporinas y el estudio de la interacción de es- tas proteínas con membranas modelos y células, hasta el análisis conforma- cional y estructural mediante herramientas bioinformáticas y métodos de simulación computacional.
Los autores son reconocidos especialistas en sus respectivas áreas de trabajo a los cuales agradecemos el esfuerzo en la elaboración de este ma- terial que puede ser útil a profesionales y estudiantes interesados en cono- cer aspectos del estado del arte en investigaciones sobre toxinas o métodos para su estudio, en el ámbito iberoamericano. Los grupos integrantes de la Red son depositarios de una vasta experiencia en el estudio molecular y funcional de venenos o toxinas procedentes, fundamentalmente, de anima- les terrestres y marinos de mecanismos de acción diferentes y con distintas implicaciones para la Biomedicina, y en algunos casos también, en la eva- luación y empleo de antivenenos.
La publicación de esta obra, de distribución gratuita, ha sido posible gracias al apoyo financiero del Programa Iberoamericano de Ciencia y Tec- nología para el Desarrollo (CYTED) que hizo posible el establecimiento de una colaboración fructífera entre diferentes grupos del área procedentes de Argentina, Brasil, Chile, Costa Rica, Cuba, España, México y Venezuela durante el período 2012-2015.
A los autores y a CYTED nuestro agradecimiento
Fabiola Pazos Santos y Carlos Álvarez Valcárcel A cargo de la edición.