La palitoxina , PTX [3] o PLTX [4] es un vasoconstrictor intenso , [1] y se considera una de las sustancias no proteicas más venenosas conocidas, sólo superada por la maitotoxina en términos de toxicidad en ratones. [5]
La palitoxina es un compuesto polihidroxilado y parcialmente insaturado (8 dobles enlaces) con una larga cadena carbonada. Tiene partes hidrosolubles y liposolubles, 40 grupos hidroxi y 64 centros quirales . Debido a la quiralidad y al posible isomería cis-trans de doble enlace , tiene más de 10 21 estereoisómeros alternativos . Es termoestable y el tratamiento con agua hirviendo no elimina su toxicidad. Permanece estable en soluciones acuosas durante períodos prolongados, pero se descompone rápidamente y pierde su toxicidad en soluciones ácidas o alcalinas . Tiene múltiples análogos con una estructura similar como la ostreocina-D, la mascarenotoxina-A y la -B. [3]
La palitoxina se encuentra al menos en las zonas tropicales y subtropicales , donde es producida por los corales Palythoa y los dinoflagelados Ostreopsis , o posiblemente por bacterias que se encuentran en estos organismos. Se puede encontrar en muchas más especies, como peces y cangrejos , debido al proceso de biomagnificación . También se puede encontrar en organismos que viven cerca de organismos productores de palitoxina, como esponjas , mejillones , estrellas de mar y cnidarios . [3]
Las personas rara vez están expuestas a la palitoxina. Se han producido exposiciones en personas que han comido animales marinos como peces y cangrejos, pero también en aficionados a los acuarios que han manipulado los corales Palythoa de forma incorrecta y en aquellos que han estado expuestos a ciertas floraciones de algas . [2]
La palitoxina ataca a la proteína bomba de sodio y potasio bloqueándola en una posición que permite el transporte pasivo de iones de sodio y potasio , destruyendo así el gradiente iónico que es esencial para la vida. [6] Como la palitoxina puede afectar a todo tipo de células del cuerpo, los síntomas pueden ser muy diferentes según las distintas vías de exposición. [2]
La estructura química planar de la palitoxina fue resuelta en 1981 por dos grupos de investigación independientemente uno del otro. [3] La estereoquímica fue resuelta en 1982. [7] [8] [9] El ácido carboxílico de la palitoxina fue sintetizado por Yoshito Kishi y colegas en 1989 [10] y la palitoxina real en 1994 por Kishi y Suh. [11]
Según una antigua leyenda hawaiana, en la isla de Maui, cerca del puerto de Hana , había un pueblo de pescadores que estaba embrujado por una maldición. Al regresar del mar, uno de los pescadores desaparecía. Un día, enfurecidos por otra pérdida, los pescadores atacaron a un ermitaño jorobado considerado el culpable de la miseria del pueblo. Mientras le arrancaban la capa al ermitaño, los aldeanos se sorprendieron porque descubrieron hileras de dientes afilados y triangulares dentro de enormes mandíbulas. Un dios tiburón había sido capturado. Estaba claro que los aldeanos desaparecidos habían sido devorados por el dios en sus viajes al mar. Los hombres despedazaron sin piedad al dios tiburón, lo quemaron y arrojaron las cenizas a una poza de marea cerca del puerto de Hana. Poco después, un espeso "musgo" marrón comenzó a crecer en las paredes de la poza de marea, causando la muerte instantánea a las víctimas alcanzadas por lanzas untadas con el musgo. Así era el mal del demonio. [12] [13] El musgo que crecía en la maldita poza de marea se hizo conocido como " limu-make-o-Hana ", que literalmente significa "alga de la muerte de Hana". Los hawaianos creían que una maldición los sobrevendría si intentaban recolectar las "algas" mortales. [14] [13]
La palitoxina fue aislada, nombrada y descrita por primera vez a partir de Palythoa toxica por Moore y Scheuer en un estudio publicado en 1971. Midieron que su masa molar es de aproximadamente 3300 g/mol. También la identificaron como la sustancia que probablemente era responsable de la toxicidad de P. toxica , pero en ese momento no estaba claro si el coral también tenía otros compuestos tóxicos. [14] Luego, Walsh y Bowers evaluaron que el limu-make-o-Hana no era un alga sino un coral zoántido , posteriormente descrito como Palythoa toxica . [15] Moore y Scheuer estaban al tanto del estudio que estaban escribiendo Walsh y Bowers. [14]
En 1978, mediante plasmadesorción, se midió que la masa de la palitoxina era de 2861 g/mol y que tenía 8 dobles enlaces . [16] Como la palitoxina es una molécula tan grande, llevó algún tiempo antes de que se dilucidara la estructura completa (incluida la estereoquímica ). Uemura et al. resolvieron primero su estructura química planar y publicaron sus resultados en enero de 1981. [17] [18] [19] Poco después, Moore y Bartolini resolvieron la misma estructura y publicaron sus resultados en mayo de 1981. [20] Los grupos mencionados anteriormente resolvieron la estructura independientemente unos de otros. [3] La estereoquímica de la palitoxina fue resuelta primero por Moore et al. en junio de 1982 [7] y luego por Uemura et al. en diciembre en un estudio de cuatro partes. [8] [9]
El ácido carboxílico de la palitoxina fue sintetizado en 1989 por el grupo del profesor de Harvard Yoshito Kishi . La síntesis se realizó en 8 partes y luego las partes se unieron para formar el ácido carboxílico. [10] En 1994, Kishi et al. lograron producir la palitoxina real a partir de este ácido carboxílico. [11] El logro de la síntesis del ácido carboxílico de la palitoxina fue descrito como "el Monte Everest de la síntesis orgánica, la molécula individual más grande que alguien haya pensado alguna vez en producir" por Crawford en 1989. [21]
En 2022 se realizó una observación directa de la estructura cristalina de la palitoxina mediante difracción de electrones de microcristales y un anticuerpo llamado scFv. Se descubrió que la palitoxina se pliega en una estructura de horquilla que, según la simulación, facilitaría su unión con la Na + /K + -ATPasa. [22]
A continuación se enumeran algunos de los organismos que contienen palitoxina o sus análogos cercanos . Estos pueden producir estos compuestos o se ha descubierto que los contienen en algunas ocasiones debido a la bioacumulación . [23]
Estos corales son Palythoa caribeaorum , P. mammilosa , P. tuberculosa , P. toxica , P. vestitus , P. aff. margaritae , Zoanthus soanderi y Z. sociatus . [24]
Dichos dinoflagelados son Ostreopsis lenticularis , O. siamensis , O. mascarensis y O. ovata. [24]
Entre estos peces se encuentran el pez lima garabateado , el pez ballesta de cola rosa , el Ypsiscarus ovifrons , el Decapterus macrosoma (jurel de aleta corta), el arenque de rayas azules y el Epinephelus sp . [24]
Entre estos cangrejos se encuentran el Lophozosimus pictor , el Demania reynaudii y el cangrejo payaso llamativo . [24]
Ciertas bacterias pueden ser capaces de producir palitoxina y pueden ser las verdaderas productoras de algunos de los organismos enumerados anteriormente. Las bacterias que tienen alguna evidencia de producción de palitoxina o su análogo incluyen Pseudomonas , Brevibacterium , Acinetobacter , Bacillus cereus , Vibrio sp. y Aeromonas . [3]
La toxicidad de la palitoxina se debe a su unión a la parte externa de la Na + /K + -ATPasa (la bomba de sodio - potasio ), [3] donde interactúa con el sitio de unión natural de la ouabaína con una afinidad muy alta. La Na + /K + -ATPasa es una proteína transmembrana , que se encuentra en la superficie de cada célula de vertebrados . La bomba de sodio-potasio es necesaria para la viabilidad de todas las células , y esto explica el hecho de que la palitoxina afecte a todas las células. [24] A través de este canal, que forma dentro de la bomba de sodio-potasio, los iones positivos monovalentes como el sodio y el potasio pueden difundirse libremente, destruyendo así el gradiente iónico de la célula. [25] [26] Una vez que la palitoxina se une a la bomba, cambia constantemente entre conformaciones abiertas y normales . La conformación abierta es más probable (más del 90% de probabilidad). Si la palitoxina se desprende, la bomba volverá a la conformación cerrada. En la conformación abierta, millones de iones se difunden a través de la bomba por segundo, mientras que sólo unos cien iones por segundo se transportan a través de un transportador que funciona normalmente. [6]
La pérdida del gradiente iónico conduce a la muerte y hemólisis de los glóbulos rojos , por ejemplo, y también a contracciones violentas del corazón y otras células musculares . [3]
La primera evidencia del mecanismo descrito anteriormente se obtuvo en 1981 y el mecanismo propuesto se publicó en 1982. [27] Como el mecanismo de acción de la palitoxina era tan diferente a cualquier otro, inicialmente no fue ampliamente aceptado. Esto se debió principalmente a que no se esperaba que una bomba que proporciona transporte activo pudiera convertirse en un canal iónico mediante la unión de un compuesto como la palitoxina. [24] Por lo tanto, hubo algunas hipótesis alternativas, que fueron revisadas por Frelin y van Renterghem en 1995. [28] La investigación innovadora que se considera una prueba del mecanismo de la bomba de sodio-potasio se realizó en células de levadura ( Saccharomyces cerevisiae ). Estas células no tienen la bomba de sodio-potasio y, por lo tanto, la palitoxina no las afecta. Pero una vez que se les dio el ADN para codificar la Na + /K + -ATPasa de oveja completa, fueron eliminadas por la palitoxina. [29]
A partir de estudios intravenosos (IV) en animales , se ha estimado por extrapolación que la dosis tóxica ( DL50 ) de palitoxina por vía IV para humanos está entre 2,3 y 31,5 microgramos (μg) de palitoxina. [3] [30] Se ha sugerido que una dosis de referencia oral aguda es de 64 μg para una persona con un peso de 60 kg. [3] La dosis de referencia aguda significa una dosis que se puede ingerir de forma segura durante un corto período de tiempo, generalmente durante una comida o un día. [31]
En comparación con la inyección intravenosa, la toxicidad de la palitoxina en varios animales por vía intramuscular y subcutánea es 2,5 y 4-30 veces mayor, respectivamente. Tras la ingestión, la toxicidad en animales ha sido 200 veces menor que por vía intravenosa. [2] En la siguiente tabla, se enumeran algunos valores de LD 50 para la palitoxina parcialmente pura obtenida de diferentes Palythoa . Estos valores representan la cantidad de palitoxina necesaria para matar a la mitad de los animales de prueba. Los valores están en microgramos (μg) por kilogramo de peso del animal y se han medido 24 horas después de la exposición inicial. [3]
Una caracterización toxicológica temprana clasificó a la palitoxina como "relativamente no tóxica" después de la administración intragástrica a ratas. La dosis letal (LD50 ) fue mayor de 40 μg/kg. La LD50 después de la administración parenteral fue menor de 1 μg/kg. [32] Sin embargo, la dudosa pureza de este estudio aumentó debido a la incertidumbre con respecto a los datos toxicológicos. En 1974, la estructura de la palitoxina no estaba completamente dilucidada y el peso molecular era mucho más alto (3300 Da en lugar de 2681 Da). Un estudio de 2004 descubrió una LD50 de 510 μg/kg después de la administración intragástrica en ratones, pero faltaba información histológica o bioquímica. (Rhodes y Munday, 2004) Además, la palitoxina no fue letal para los ratones a los que se les administró una dosis oral de 200 μg/kg. [33] También se encontró que la palitoxina es muy tóxica después de la inyección intraperitoneal. La LD 50 en ratones fue inferior a 1 μg/kg. [34] A medida que los organismos productores de toxinas se extendieron a climas templados y se descubrieron mariscos contaminados con palitoxina en el mar Mediterráneo [35] se realizó un estudio para definir mejor los efectos tóxicos de la palitoxina después de la exposición oral en ratones. La palitoxina fue letal a partir de dosis de 600 μg/kg. El número de muertes dependió de la dosis y la LD 50 se calculó en 767 μg/kg. Esto es comparable a la LD 50 de 510 μg/kg mencionada por Munday (2008). La toxicidad no fue diferente si los ratones tenían algo de comida en el estómago. La toxicidad oral es varias veces menor que la toxicidad intraperitoneal. Una de las posibles causas de este comportamiento es que la palitoxina es una molécula hidrófila muy grande y, por lo tanto, la absorción podría ser menos eficiente a través del tracto gastrointestinal que a través del peritoneo. [36] Un estudio reciente de Fernández et al. [37] investigó más sobre este tema utilizando un modelo in vitro de permeabilidad intestinal con monocapas diferenciadas de células Caco-2 colónicas humanas, confirmando que la palitoxina no pudo atravesar la barrera intestinal de manera significativa, a pesar del daño que la toxina ejerció sobre las células y sobre la integridad de la monocapa. El mismo estudio también reveló que la palitoxina no afecta las uniones estrechas en dichas células. La palitoxina es más tóxica después de la inyección intravenosa. La LD 50 en ratones es de 0,045 μg/kg y en ratas de 0,089 μg/kg. En otros mamíferos (conejos, perros, monos y cobayas) la LD 50 oscila entre 0,025 y 0,45 μg/kg. Todos murieron en pocos minutos por un paro cardíaco. [2]La dosis letal para ratones por vía intratraqueal es superior a 2 μg/kg en 2 horas. La palitoxina también es muy tóxica después de la inyección intramuscular o subcutánea. No se ha encontrado toxicidad después de la administración intrarrectal. La palitoxina no es letal cuando se aplica tópicamente en la piel o los ojos. [33] La palitoxina puede viajar en vapor de agua y causar intoxicación por inhalación.
En este contexto, a pesar de un aumento en los informes de mariscos contaminados con palitoxina en aguas templadas (es decir, mar Mediterráneo), no existen protocolos validados y aceptados para la detección y cuantificación de esta clase de biomoléculas. Sin embargo, en los últimos años, se han descrito muchas metodologías con especial atención en el desarrollo de nuevas técnicas para la detección ultrasensible de palitoxina en matrices reales como mejillones y microalgas (basadas en LC-MS-MS [38] o inmunoensayo [39] ).
Los síntomas de intoxicación por palitoxina y la rapidez con que aparecen dependen en parte de la cantidad y la vía de exposición, por ejemplo, si el veneno se inhaló o si la exposición se produjo a través de la piel. [2]
En algunos casos no letales, los síntomas en las personas han aparecido entre 6 y 8 horas después de la inhalación o la exposición cutánea, y han durado entre 1 y 2 días. [5] En diferentes animales, los síntomas han aparecido entre 30 y 60 minutos después de la inyección intravenosa y después de 4 horas de exposición ocular. [2]
La complicación más común de la intoxicación grave por palitoxina es la rabdomiólisis , que implica la degradación del músculo esquelético y la fuga de contenido intracelular a la sangre. Otros síntomas en los seres humanos son sabor amargo/metálico, calambres abdominales, náuseas, vómitos, diarrea, letargo leve a agudo , hormigueo, frecuencia cardíaca lenta , insuficiencia renal , alteración de la sensibilidad, espasmos musculares, temblores, mialgia , cianosis y dificultad respiratoria. En casos letales, la palitoxina suele causar la muerte por paro cardíaco a través de una lesión miocárdica. [3] [40]
La exposición a aerosoles de ovatoxina-a, un análogo de la palitoxina, ha provocado principalmente enfermedades respiratorias. Otros síntomas causados por estos aerosoles incluyeron fiebre asociada con trastornos respiratorios graves, como broncoconstricción , disnea leve y sibilancias, mientras que en algunos casos se observó conjuntivitis . [40] [3]
También se ha sugerido que el clupeotoxismo, envenenamiento después de consumir peces clupeoides , es causado por la palitoxina. Los trastornos neurológicos y gastrointestinales están asociados con el clupeotoxismo. [40] La enfermedad de Haff podría estar relacionada con la palitoxina y se caracteriza por rabdomiólisis y problemas gastrointestinales. [5] Además de la ciguatoxina , la palitoxina podría estar relacionada con el envenenamiento por mariscos ciguatera en algunos casos y, por lo tanto, dar lugar a una serie de síntomas en este envenenamiento. [2]
No existe antídoto contra la palitoxina. Sólo se pueden aliviar los síntomas. [41]
Los estudios realizados en animales han demostrado que los vasodilatadores , como la papaverina y el dinitrato de isosorbida , pueden utilizarse como antídotos . Los experimentos realizados en animales solo demostraron beneficios si los antídotos se inyectaban en el corazón inmediatamente después de la exposición. [32]
Se han dado casos de personas que murieron tras comer alimentos que contenían palitoxina o venenos similares. En Filipinas, algunas personas murieron tras comer cangrejos Demania . [42] En Madagascar, algunas personas murieron tras comer arenque de rayas azules . [43] Las personas que habían comido caballa ahumada y pez loro sufrieron una intoxicación casi mortal en Hawái [44] y Japón respectivamente. [45]
Se han producido intoxicaciones por palitoxina a través de la absorción a través de la piel, por ejemplo, en personas que manipularon corales sin guantes en sus acuarios domésticos en Alemania [46] y los EE. UU. [2].
También se conocen casos de inhalación. Un hombre inhaló palitoxina cuando intentó matar una Palythoa en su acuario con agua hirviendo. [47] En 2018, seis personas de Steventon, Oxfordshire , Inglaterra, fueron hospitalizadas después de una probable exposición por inhalación a "palitoxinas" que fueron liberadas por un coral que estaba siendo retirado de un acuario personal. Cuatro bomberos, que respondieron al incidente, también fueron hospitalizados. Los pacientes presentaron "síntomas similares a los de la gripe" e irritación ocular. [48] También en 2018, una mujer en Cedar Park, Texas, fue envenenada cuando raspó algas en crecimiento de pólipos de Palythoa en el acuario de su casa. Otros miembros de la familia, incluidos niños, también habrían enfermado. La mujer describió síntomas respiratorios intensos similares a los de la gripe y fiebre alta a las pocas horas de la inhalación y fue hospitalizada. Los médicos confundidos inicialmente diagnosticaron erróneamente la intoxicación por palitoxina como una infección viral. La toxina también mató a la mayoría de los peces del acuario. Muchos aficionados a los acuarios compran corales por sus colores brillantes sin saber que contienen toxinas y que son peligrosos si se los toca. [49] Un evento similar ocurrió en el Reino Unido en agosto de 2019. [50]
Un derivado hasta ahora desconocido de la palitoxina, la ovatoxina-a, producida como aerosol marino por el dinoflagelado tropical Ostreopsis ovata, enfermó a cientos de personas en Génova (Italia). En 2005 y 2006 se produjeron floraciones de estas algas en el mar Mediterráneo. Todos los afectados necesitaron hospitalización. Los síntomas fueron fiebre alta, tos y sibilancias. [13]
Su determinación estructural presentó muchas dificultades. El Dr. Uemura dilucidó su estructura plana en 1981 al llevar a cabo repetidamente la degradación oxidativa específica del sitio y determinó la estructura de los productos degradados utilizando una muestra que originalmente se aisló de Palythoa tuberculosa de origen okinawense.
Existe cierta especulación de que la palitoxina no es producida por los propios zoántidos, sino por los dinoflagelados de Ostreopsis que los animales bioacumulan (Violand 2008). Alternativamente, que las bacterias que viven simbióticamente en el coral son las productoras de la toxina (Tartaglione et. al. 2016). Es necesario realizar más estudios, sin embargo, el envenenamiento por palitoxina ocurre en floraciones de dinoflagelados en el área mediterránea debido a la aerosolización de la toxina marina.