Mengapa para ilmuwan mencari obat baru di lautan
Saat peneliti medis melanjutkan upaya mereka untuk meningkatkan kesehatan manusia, beberapa mengalihkan perhatian mereka ke laut karena mereka percaya bahwa laut di Bumi mungkin menyimpan bahan kimia baru untuk melawan penyakit.
Lautan menutupi lebih dari dua pertiga bumi. Seperti kata pepatah, kita tahu lebih banyak tentang permukaan bulan daripada dasar lautan.
Kemampuan laut untuk bertransisi dari kelam, amarah yang meledak-ledak ke yang tenang, ketenangan sebening kristal telah menakutkan dan menipu umat manusia sejak pertama kali kami mengunjungi pantai.
Mengingat luasnya, sifat lautan Bumi yang belum tersentuh, masuk akal untuk menyelami kedalamannya untuk mencari perawatan baru dan inovatif.
Hewan laut, tumbuhan, dan mikroba telah mengembangkan portofolio unik bahan kimia untuk mempertahankan diri dan membantu komunikasi. Para ilmuwan ingin tahu lebih banyak tentang senyawa baru ini.
Mengapa melihat ke laut?
Ada sejumlah alasan mengapa kehidupan di laut telah mengembangkan pilihan molekul yang berbeda. Misalnya, hewan yang berlabuh ke lantai dan tidak memiliki lapisan pelindung, seperti spons dan karang, perlu mencari cara lain untuk mempertahankan diri. Dalam banyak kasus, bahan kimia adalah senjata pilihan mereka.
Selain itu, makhluk laut cenderung memiliki sistem kekebalan yang relatif primitif, dan beberapa hidup di habitat yang padat, seperti terumbu karang, di mana mempertahankan diri adalah pekerjaan penuh waktu.
Pada saat yang sama, organisme di laut perlu menarik beberapa organisme dan mengusir organisme lain. Mereka juga perlu mengoordinasikan reproduksi dengan menyinkronkan pelepasan sel telur dan sperma ke lingkungan. Semua hal ini membutuhkan molekul biologis aktif.
Hewan dan tumbuhan yang tinggal di laut duduk dan berenang di bak bakteri, jamur, dan organisme lain yang bermaksud mengubahnya menjadi makanan atau rumah.
Keragaman ancaman ini telah memaksa evolusi untuk melakukan pertempuran kimia yang semakin kompleks. Beberapa senyawa yang dihasilkan mungkin berguna untuk perang kita sendiri melawan penyakit.
“Pertimbangkan […] kanibalisme universal laut; semua makhluk yang memangsa satu sama lain, melakukan perang abadi sejak dunia dimulai. "
Herman Melville, Moby Dick
Laut kuno
Ketertarikan peneliti medis dengan laut bukanlah hal baru. Bukti pertama manusia menggunakan obat-obatan dari laut berasal dari Tiongkok pada tahun 2953 SM. Pada masa pemerintahan kaisar Fu Hsi, ada pajak atas keuntungan yang didapat dari obat-obatan yang berasal dari ikan.
Melompat ke depan beberapa ribu tahun ke tahun 1950-an, seorang ahli kimia organik bernama Werner Bergmann mengisolasi sejumlah nukleosida dari spesies spons Karibia yang disebut Cryptotethya crypta.
Bahan kimia ini mengilhami pembuatan obat generasi baru, dengan para ilmuwan memperoleh dua obat yang disebut Ara-A dan Ara-C dari nukleosida ini. Dokter menggunakan Ara-A untuk mengobati infeksi herpes dan Ara-C untuk mengobati leukemia myeloid akut dan limfoma non-Hodgkin.
Selama beberapa tahun terakhir, minat mencari obat-obatan dari laut semakin meningkat. Di bawah ini, kami memberikan beberapa contoh terbaru.
Racun siput laut
Conus magus adalah siput laut berbisa yang ukurannya kecil dan cangkang dekoratifnya menunjukkan rangkaian neurotoksinnya yang mematikan.
Merek persenjataan kimia invertebrata ini adalah konotoksin - kelompok racun yang sangat bervariasi yang, meskipun siput menggunakannya untuk membunuh ikan, lebih dari mampu membunuh manusia.
Ada ratusan spesies siput kerucut lainnya, termasuk kerucut geografi. Orang terkadang menyebut moluska ini sebagai siput rokok karena, setelah envenomation, Anda hanya punya cukup waktu untuk merokok sebelum mati.
Zikonotida adalah versi sintetis dari konotoksin yang bekerja sebagai pereda nyeri dan 1.000 kali lebih kuat daripada morfin. Orang mungkin meminumnya untuk mengobati nyeri kronis yang diakibatkan oleh kondisi seperti kanker, HIV stadium 3, dan gangguan neurologis tertentu.
Yang penting, seperti yang ditulis seorang penulis, "pemberian zikonotida yang berkepanjangan tidak mengarah pada perkembangan kecanduan atau toleransi."
Namun, karena zikonotida hanya berfungsi jika profesional perawatan kesehatan mengirimkannya langsung ke cairan tulang belakang (intratekal), mereka hanya menggunakannya ketika terapi lain gagal atau tidak dapat digunakan.
Perawatan kanker dari bawah ombak
Terlepas dari penelitian bertahun-tahun, kanker masih terbukti sulit untuk dipecahkan. Meskipun pengobatan telah meningkat pesat, para ilmuwan sangat ingin mendapatkan bahan kimia bioaktif baru yang dapat membantu dalam perang. Beberapa peneliti kanker mencelupkan jari kaki mereka ke laut.
Baru-baru ini, sekelompok peneliti menyelidiki molekul yang mereka ekstrak dari lamprey - ikan parasit tanpa rahang dengan silsilah purba. Secara khusus, mereka tertarik pada apa yang disebut reseptor limfosit variabel (VLR).
VLR menargetkan matriks ekstraseluler (ECM), yang merupakan jaringan molekul yang berjalan di antara sel. ECM menjalankan berbagai peran di dalam tubuh. Misalnya, memberikan dukungan struktural untuk jaringan, membantu sel dan jaringan terikat bersama, dan membantu komunikasi sel-ke-sel.
Karena VLR menargetkan ECM, para peneliti percaya bahwa mereka dapat berfungsi sebagai bagal obat yang dapat mengangkut bahan kimia melalui sawar darah-otak yang biasanya tidak dapat ditembus dan langsung ke otak.
Mereka berteori bahwa jika VLR dapat melewati sawar darah-otak - penghalang menuju sebagian besar obat - mereka mungkin dapat mengobati kondisi tertentu, termasuk kanker otak dan stroke, dengan lebih efektif. Pekerjaan awal mereka dalam model tikus membuahkan hasil yang menggembirakan.
Keajaiban spons
Spons sangat diminati oleh para peneliti obat kanker. Faktanya, penulis ulasan tentang topik tersebut bahkan menyebut mereka sebagai "rumah harta karun narkoba". Mereka menulis:
“Setiap tahun, sekitar 5.300 produk alami dan senyawa baru telah diisolasi dari spons laut. […] Senyawa tersebut terbukti memiliki aktivitas antibakteri, antivirus, antijamur, antimalaria, antitumor, imunosupresif, dan kardiovaskular. "
Spons Halichondria okadai bertanggung jawab untuk menghasilkan satu bahan kimia catatan, yang telah direplikasi dan diganti oleh peneliti menjadi eribulin.
Dalam sebuah studi 2010 yang melibatkan wanita dengan kanker payudara yang telah menyebar, senyawa tersebut memperpanjang umur partisipan. Pada saat itu, penulis Prof. Christopher Twelves mencatat bahwa, mudah-mudahan, "Hasil ini dapat menetapkan eribulin sebagai pengobatan baru yang efektif untuk wanita dengan kanker payudara metastasis stadium akhir."
Bakteri laut
Ilmuwan lain telah meneliti senyawa yang disebut dari seriniquinone Serinicoccus, genus bakteri laut yang langka. Ilmuwan telah menunjukkan bahwa bahan kimia ini secara selektif dapat menghancurkan sel kanker melanoma di laboratorium.
Meskipun seriniquinone masih jauh dari siap digunakan pada manusia, sebuah penelitian dari Februari 2019 membawa kita selangkah lebih dekat. Para ilmuwan mengidentifikasi bagian molekul yang memberikan kekuatan melawan kankernya.
Meskipun lebih banyak teknik kimia dan uji klinis ekstensif akan diperlukan, penulis percaya bahwa "[o] secara keseluruhan, studi ini menunjukkan bahwa layak untuk merancang turunan seriniquinone khusus melanoma dengan sifat seperti obat."
Salah satu obat yang telah menjalani uji klinis dan berhasil digunakan secara umum adalah trabectedin, yang dikenal dengan nama merek Yondelis. Produsen memperoleh obat ini dari ekstrak Ecteinascidia, biasa disebut muncrat laut, yang merupakan invertebrata laut seperti kantung.
Para peneliti pertama kali mengidentifikasi sifat antikanker dari ekstrak air laut pada akhir 1960-an dan, setelah penyelidikan ekstensif, para peneliti kini telah menemukan cara untuk mensintesisnya dan memproduksinya dalam jumlah yang lebih besar.
Yondelis adalah produk dari pekerjaan ini, dan sekarang telah mendapat persetujuan untuk mengobati sarkoma jaringan lunak di Rusia, Eropa, dan Korea Selatan. Ilmuwan juga mengujinya untuk digunakan melawan kanker lain, termasuk prostat dan kanker payudara.
Resistensi antibiotik
Ancaman resistensi antibiotik jarang meninggalkan garis depan pikiran para peneliti medis. Semakin banyak patogen yang kebal terhadap antibiotik modern. Kurangnya kerentanan ini membuat mereka jauh lebih sulit untuk diobati dan, oleh karena itu, jauh lebih berbahaya.
Menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC), resistensi antibiotik adalah "salah satu tantangan kesehatan masyarakat terbesar di zaman kita."
Pencarian sedang dilakukan untuk senyawa baru yang dapat mengisi celah yang semakin besar yang ditinggalkan oleh antibiotik yang tidak efektif.
Beberapa orang dalam misi ini telah beralih ke laut, dan satu kelompok berfokus pada lendir ikan - lapisan suram yang menutupi beberapa spesies.
Lendir ini bekerja keras untuk menghancurkan patogen di lingkungan laut, jadi beberapa ilmuwan bertanya-tanya apakah itu bisa membantu melawan patogen darat juga.
Peneliti dari California State University di Fullerton dan Oregon State University di Corvallis berhasil mengisolasi 47 strain bakteri berbeda dari lendir. Mereka menumbuhkan bakteri ini dan menguranginya menjadi ekstrak kimiawi.
Selanjutnya, mereka menguji ekstrak ini terhadap patogen lain dan menemukan bahwa lima strain bakteri sangat efektif melawan resisten methicillin. Staphylococcus aureus (MRSA), sementara tiga efektif melawan Candida albicans.
Mereka mempresentasikan temuan awal mereka di American Chemical Society Spring 2019 National Meeting & Exposition.
Studi lain, yang ditampilkan di Batasan dalam Mikrobiologi, diperiksa Laminaria ochroleuca, spesies rumput laut yang merupakan sumber Actinobacteria yang kaya.
Actinobacteria sangat menarik bagi peneliti medis. Seperti yang dijelaskan oleh penulis penelitian, "bioaktivitas yang dilaporkan dari aktinobakteri [produk alami] meliputi aktivitas antibakteri, antijamur, antitumor, antikanker, antiradang, antivirus, sitotoksik, dan imunosupresif.”
Beberapa ekstrak aktinobakteri efektif melawan C. albicans dan S. aureus. Menariknya, menurut penulis senior Dr. Maria de Fátima Carvalho, "tujuh ekstrak menghambat pertumbuhan payudara dan terutama kanker sel saraf, sementara tidak berpengaruh pada sel non-kanker."
Resistensi antijamur
Di samping masalah resistensi antibiotik, ada masalah paralel resistensi antijamur: obat yang membunuh jamur juga kehilangan gigi. Beberapa berharap spons laut mungkin bisa membantu.
Misalnya, penelitian menunjukkan bahwa ekstrak kimia dari Jaspis spesies spons efektif melawan C. albicans dalam model mouse.
Demikian pula sebuah penelitian menemukan bahwa eurysterols A dan B, dua bahan kimia dari spons genus Euryspongia, “Menunjukkan aktivitas antijamur melawan amfoterisin B-resisten dan strain tipe liar [C. albicans]. ” Mereka juga membunuh sel karsinoma usus besar manusia di laboratorium.
Para ilmuwan menemukan sekitar 1.000 senyawa baru di lautan setiap tahun. Seperti yang dijelaskan seorang penulis, mereka "sering kali dicirikan oleh kebaruan struktural, kompleksitas, dan keragaman."
Namun, masih sangat sedikit senyawa turunan laut yang berperan dalam pengobatan penyakit. Mengapa kita tidak menggunakan lebih banyak bahan kimia baru ini?
Kesenjangan antara kimia dan klinik
Pertama, seperti obat eksperimental lainnya, ada lompatan besar antara cawan kultur di laboratorium dan pasien. Pada makhluk hidup, obat tidak selalu merespons seperti yang diharapkan para ilmuwan.
Kedua, banyak obat memiliki efek samping toksik yang membuatnya tidak dapat digunakan. Tak satu pun dari masalah ini yang menemui jalan buntu karena farmakolog dan ahli kimia dapat mengubah molekul atau merancang bahan kimia serupa, tetapi ini semua memakan waktu.
Masalah besar lainnya adalah menghasilkan bahan kimia yang berasal dari laut dalam jumlah yang cukup. Banyak spesies tidak dapat bertahan hidup dalam penangkaran atau membutuhkan lingkungan yang sangat spesifik dan sulit dipelihara. Sekali lagi, ini berarti bahwa para ilmuwan perlu menemukan cara untuk mereplikasi molekul yang menarik, yang merupakan jalur yang panjang dan rumit.
Berbicara tentang masalah ini, penulis ulasan menulis bahwa "kekuatan sintesis organik dan kimia obat harus datang untuk menanggungnya." Ini adalah rintangan teknis dan mahal untuk dilewati.
Kesimpulannya, meskipun tampaknya ada banyak janji di lautan planet ini, banyak jalan potensial yang panjang dan berliku, dan tidak akan ada kemenangan cepat.
Saat manusia meningkatkan tekanan pada ekosistem laut, kekhawatiran tentang kesehatan lautan kita mencapai puncaknya. Mungkin saja obat-obatan potensial di masa depan menghilang sebelum para ilmuwan memiliki kesempatan untuk memanennya.
