El tutin es un derivado vegetal venenoso que se encuentra en las plantas tutú de Nueva Zelanda (varias especies del género Coriaria ). Actúa como un potente antagonista del receptor de glicina , [1] y tiene potentes efectos convulsivos . [2] Se utiliza en la investigación científica sobre el receptor de glicina. A veces se asocia con brotes de intoxicación por miel tóxica cuando las abejas se alimentan del exudado de melaza del insecto chupador de savia Scolypopa australis , cuando los saltamontes se han estado alimentando de la savia de los arbustos tutú. La miel tóxica es un evento poco común y es más probable que ocurra cuando la miel en panal se come directamente de una colmena que ha estado recolectando melaza de las saltamontes de la pasionaria que se alimentan de plantas de tutú. [3]
Tutin se descubrió por primera vez como un contaminante de la miel a finales del siglo XIX. Misioneros extranjeros introdujeron la abeja melífera occidental ( Apis mellifera ) en Nueva Zelanda en 1839. Unas décadas más tarde, las personas que comían la miel local sufrían síntomas como vómitos, dolores de cabeza y confusión. [4] En este punto se estudió la neurotoxina y, a principios del siglo XX, se caracterizaron completamente sus efectos tóxicos. [4] Se sabía que la toxina provenía de la planta tutú. Sin embargo, ni el néctar ni el polen de la planta tutú contienen esta toxina, las dos partes que ingieren las abejas melíferas. Finalmente se descubrió que la saltamontes de la pasionaria ( Scolypopa australis ), un insecto plaga, extrae la savia de los brotes jóvenes de la planta tutú y libera secreciones, melaza, que contienen la toxina tutin. [4] Las abejas consumirán melaza como fuente de alimento complementario, contaminando así la miel que producen con esta toxina. [4] A partir de ese momento aparecerían periódicamente nuevos brotes de envenenamiento por tutin. Todavía en 2008 una familia tuvo que ser hospitalizada debido a síntomas graves causados por la miel de cosecha propia contaminada con tutin. [4]
Tutin es una neurotoxina convulsiva sesquiterpénica policíclica polioxigenada . [5] Tutin es uno de una serie de compuestos química y farmacológicamente similares de los cuales se han estudiado principalmente la picrotoxina [6] y la coriamirtina [7] . Conroy [8] [9] propuso la estructura de la picrotoxina, que fue confirmada mediante estudios cristalográficos de rayos X y también determinó la configuración absoluta de la molécula. [10] [11] Karyone y Okuda propusieron la estructura tutin [12] basada en la estructura de la pictrotoxina y los estudios de degradación química. La estructura de tutin, incluida la estereoquímica absoluta, se confirmó mediante análisis de cristales de rayos X [5] [13] junto con medios químicos y quirópticos. [14] [15] Tutin tiene un esqueleto muy tenso, que incluye dos anillos de epóxido y una lactona , que es susceptible a diversos reordenamientos. Tutin tiene un característico sabor intensamente amargo. Tutin es muy soluble en acetona , pero se disuelve moderadamente en cloroformo y es insoluble en disulfuro de carbono o benceno . La adición de ácido sulfúrico fuerte a unas gotas de una solución acuosa saturada de tutin da como resultado una coloración rojo sangre. [16]
En 1901, Easterfield y Aston aislaron por primera vez el tutin y lo identificaron como el veneno convulsivo presente en la especie neozelandesa de Coriaria ("tutu" o "toitoi" en maorí). Easterfield y Aston utilizaron 1,5 kilogramos de semillas y 11 kilogramos de la planta Coriaria thymifolia secada al aire (sin raíces) de Dunedin en el momento de la floración en enero. Las semillas fueron pulverizadas y agotadas mediante disulfuro de carbono eliminando un aceite secante verde. La planta se pasó por un cortador de paja y se hirvió con agua. La mezcla se trató con un gran volumen de etanol . El etanol precipitó sales inorgánicas, ácido elágico y una gran cantidad de materia negra. Después de destilar, el residuo se extrajo con éter dietílico . Los cristales se recristalizaron varias veces en agua, lo que dio como resultado la separación de la sustancia en formas características de agujas y la recristalización en etanol en prismas de extremos oblicuos. El producto final contenía el característico glucósido no nitrogenado altamente venenoso [ se necesita aclaración ] tutin en forma de cristales incoloros que se funden a 204-205 °C (399-401 °F). [16]
En 1989, Wakamatsu y sus colaboradores informaron en detalle sobre la primera síntesis total de (+)-tutin de forma estereocontrolada. (+)-Tutin se puede sintetizar en un proceso de reacción de nueve pasos. En primer lugar, se protegió mediante sililación un alcohol (-)-bromo . Después de esta etapa, las condiciones de Corey lograron la conversión del resto de bromuro alílico en alcohol alílico. [9] A continuación, se introdujo el resto hidroxilo en C-2, de forma regio y estereoselectiva de la reacción intramolecular debido al uso de la función hidroxilo C-14 para obtener el éter cíclico deseado. Posteriormente, el enlace etéreo se escindió proporcionando el bromuro alílico. Posteriormente, se eliminó el grupo protector sililo utilizando fluoruro de tetra- n -butilamonio en THF. La reacción intramolecular SN 2 en el resto bromuro alílico condujo a la formación de la olefina epoxi. Luego, la epoxi olefina se convirtió en bisepóxido en tres pasos: primero una hidrólisis alcalina para dar el alcohol, una segunda esterificación para formar carbonato de 2,2,2-tricloroetilo y una última epoxidación. Posteriormente, el bisepóxido se oxidó con óxido de rutenio (VII) proporcionando 2,2,2-tricloroetoxicarbonil α-bromotutina. La parte final de la síntesis de (+)-tutina es una reducción con zinc y cloruro de amonio. [17]
Se ha informado de la acilación del alcohol secundario 2-OH [18] y la doble acetilación tanto en 2-OH como en C6-OH [19] de tutin. En la miel de toxina de Nueva Zelanda se encontraron dos estructuras principales de conjugados de tutina; 2-(β-D-glucopiranosil)-tutina y 2-[6'-(α-D-glucopiranosil)-β-D-glucopiranosil]-Tutina. [20] La síntesis química de 2-(β-D-glucopiranosil)-tutina podría lograrse mediante la reacción de β -O- glicosilación entre la tutina y un donante de azúcar activado. [4] Se han publicado múltiples métodos de O- glicosilación sobre la síntesis de glucósidos complejos con β-estereoselectividad anomérica. [21]
GABA (ácido γ-aminobutírico) es un neurotransmisor inhibidor importante en el sistema nervioso central de los mamíferos. Tutin es un antagonista de los receptores GABA . Al inhibir estos receptores, se reduce el efecto sedante de este neurotransmisor, lo que conduce a una estimulación intensiva del sistema nervioso. Sobre la base de numerosos datos, se determinó que tutin era un antagonista no competitivo [22] utilizando un mecanismo alostérico . [23]
Además de la inhibición del receptor GABA, los estudios in vitro también han demostrado que la tutina tiene un efecto inhibidor sobre los receptores de glicina de las neuronas de la médula espinal. Estos receptores tienen funciones inhibidoras comparables a las de los receptores GABA. [1]
Por último, la investigación sobre toxinas similares ha demostrado que bloquean otros canales iónicos activados por ligandos . Por tanto, se sospecha que la tutina también podría poseer propiedades antagónicas frente a otros canales iónicos. [24]
No se dispone de estudios en animales de laboratorio sobre la absorción, distribución, metabolismo y excreción de tutina. Según Fitchett y Malcolm 1909, [18] McNaughton y Goodwin 2008, [25] la absorción sistémica de tutina purificada después de una ingestión oral parece rápida en animales, ya que se encontró que los signos clínicos que son consistentes con la neurotoxicidad aparecen en menos de 15 minutos en ratones y después de aproximadamente una hora en perros. Los animales que recibieron dosis no letales mostraron una rápida recuperación, lo que sugiere una rápida eliminación. [25] Por el contrario, el tiempo de aparición de la toxicidad tras el consumo de tutin que contiene miel es muy variable. En 2008, se encontró un tiempo de aparición medio de 7,5 horas para los 11 casos confirmados, con tiempos de aparición que oscilaban entre media hora y 17 horas después de la ingestión. [4]
Tutin tiene un efecto tóxico tanto en mamíferos como en insectos. Se estudió si sería o no un rodenticida útil . En ratas tuvo un efecto letal en una hora a una dosis de 55 mg/kg de peso corporal. Sin embargo, se recomendó utilizar una toxina más específica. [21]
En humanos también tiene un efecto tóxico. Aunque se desconocen las dosis exactas, hay personas que han quedado incapacitadas, hospitalizadas o incluso muertas a causa de la entrada de tutin en su organismo. Se realizó un estudio en el que seis hombres recibieron una dosis de tutin de 1,8 μg/kg de peso corporal. Aunque los voluntarios apenas sintieron los efectos, se observaron concentraciones séricas inusuales. Se observó un pico en la concentración de tutin una hora después de la ingestión, y un segundo pico, más grande y prolongado, aproximadamente 15 horas después de la ingestión. Las razones de esta observación aún no se han determinado. [26] Los efectos secundarios de la intoxicación por tutin incluyen: dolores de cabeza, náuseas, vómitos, mareos y convulsiones. [26]
Se ha informado que las actividades biológicas de la tutina son casi idénticas a las de los otros sesquiterpenos picrotoxano; picrotoxina y coriamirtina. [27] Los síntomas de la intoxicación por tutin son, por ejemplo: depresión preliminar, salivación , disminución de la frecuencia del pulso , aumento de la respiración y convulsiones . El efecto se debe a una acción sobre el bulbo raquídeo y los ganglios basales del cerebro. [16]
Los efectos de la intoxicación por tutin fueron descritos como salivación, disminución de los latidos del corazón, aumento de la actividad respiratoria y, posteriormente, convulsiones predominantemente clínicas que en sus primeras etapas se limitan a la parte anterior del cuerpo. [16] Los resultados de los estudios de toxicidad aguda publicados en varios animales tienen un valor limitado debido a la incertidumbre en el perfil de impurezas de la tutina administrada. Por ejemplo, Palmer-Jones (1947) [28] informó una DL50 de 20 mg/kg de tutina mediante administración oral en ratas. La administración por vía subcutánea (SC) e intraperitoneal (IP) mostró una toxicidad aguda más alta con una DL50 de aproximadamente 4 y 5 mg/kg. [3] Poco se sabe sobre la dosis letal en el ser humano promedio, aunque se han realizado pruebas en varias especies animales. Por ejemplo, la inyección intraperitoneal de tutina en ratas ha demostrado que concentraciones de 3, 5 y 8 mg/kg fueron letales, mientras que 1 mg/kg no fue letal y todas las ratas mostraron síntomas como espasmos musculares y convulsiones generales. [1] La exposición humana documentada al tutin implica que una dosis de aproximadamente un miligramo causa náuseas y vómitos en un hombre adulto y sano. [16]
Se sabe que Tutin causa la muerte en ovejas y ganado vacuno pertenecientes a los colonos de Nueva Zelanda. Por lo tanto, a principios del siglo XX se realizaron extensas investigaciones sobre los efectos del tutin en diferentes especies animales. Los síntomas después de la inyección fueron más o menos los mismos en todos los animales e incluyeron respiración rápida, salivación, convulsiones y, finalmente, la muerte. Se encontró que la dosis letal mínima en gatos y perros era de alrededor de 1 mg/kg. En pequeños roedores como ratas, conejos y cobayas, la dosis letal mínima fue un poco mayor, alrededor de 2,5 mg/kg. En animales jóvenes, la dosis letal mínima es menor. Se pensaba que las aves eran inmunes al envenenamiento por tutin porque se alimentaban de las bayas de la planta de turín. Después de la investigación quedó claro que las aves tienen una dosis letal mínima alta (alrededor de 10,25 mg/kg), pero no tienen inmunidad absoluta. La aparente inmunidad en circunstancias naturales se debe a que para alcanzar una dosis de 10,25 mg/kg, las aves necesitan comer más bayas de las que pueden comer físicamente. [18] La dosis letal relativamente alta puede explicarse por la forma en que las aves digieren los alimentos. Desde el buche (una parte de la garganta de muchas aves donde se almacena el alimento antes de pasar al estómago), las venas van directamente a la circulación sistémica, en lugar de pasar primero por el hígado como en los mamíferos. [ se necesita aclaración ]