La tetrodotoxina ( TTX ) es una potente neurotoxina . Su nombre deriva de Tetraodontiformes , un orden que incluye al pez globo , al pez puercoespín , al pez luna y al pez ballesta ; varias de estas especies portan la toxina. Aunque se descubrió tetrodotoxina en estos peces, se encuentra en varios otros animales (p. ej., en los pulpos de anillos azules , los tritones de piel áspera y los caracoles lunares ). También es producido por ciertas bacterias infecciosas o simbióticas como Pseudoalteromonas , Pseudomonas y Vibrio , así como por otras especies que se encuentran en relaciones simbióticas con animales y plantas. [1] [2]
Aunque produce miles de intoxicaciones al año y varias muertes, [3] ha demostrado eficacia para el tratamiento del dolor relacionado con el cáncer en ensayos clínicos de fase II y III. [4]
La tetrodotoxina es un bloqueador de los canales de sodio . Inhibe la activación de potenciales de acción en las neuronas uniéndose a los canales de sodio dependientes de voltaje en las membranas de las células nerviosas y bloqueando el paso de iones de sodio (responsables de la fase ascendente de un potencial de acción) hacia la neurona. Esto impide que el sistema nervioso transmita mensajes y, por tanto, que los músculos se contraigan en respuesta a la estimulación nerviosa. [5]
Su mecanismo de acción bloqueo selectivo del canal de sodio fue demostrado definitivamente en 1964 por Toshio Narahashi y John W. Moore en la Universidad de Duke , utilizando la técnica de pinzamiento de voltaje por brecha de sacarosa . [6]
Aparte de sus especies bacterianas de origen biosintético final muy probable (ver más abajo), la tetrodotoxina se ha aislado de especies animales muy diferentes, entre ellas: [1]
Mosher et al. [12] [13] demostraron que la tarichatoxina es idéntica a la TTX en 1964, y la identidad de la maculotoxina y la TTX se informó en Science en 1978, [14] y la sinonimia de estas dos toxinas está respaldada en la literatura moderna. informes (por ejemplo, en Pubchem [15] y en libros de texto de toxicología modernos [16] ), aunque se siguen reimprimiendo monografías históricas que cuestionan esto. [17]
Los animales utilizan la toxina de diversas formas como biotoxina defensiva para protegerse de la depredación , o como veneno tanto defensivo como depredador (p. ej., en pulpos, quetognatos y tenias ). [18] Aunque la toxina actúa como un mecanismo de defensa, algunos depredadores, como la culebra común, han desarrollado insensibilidad al TTX, lo que les permite aprovecharse de los tritones tóxicos . [19]
La asociación de TTX con poblaciones bacterianas consumidas, infectantes o simbióticas dentro de las especies animales de las que se aísla es relativamente clara; [1] la presencia de bacterias productoras de TTX dentro del microbioma de un animal se determina mediante métodos de cultivo, la presencia de la toxina mediante análisis químicos y la asociación de las bacterias con la producción de TTX mediante ensayos de toxicidad de los medios en los que se cultivan las bacterias sospechosas. [2] Como Lago et al. Tenga en cuenta que "existe buena evidencia de que la absorción de bacterias que producen TTX es un elemento importante de la toxicidad de TTX en animales marinos que presentan esta toxina". [2] Las bacterias productoras de TTX incluyen las especies Actinomyces , Aeromonas , Alteromonas , Bacillus , Pseudomonas y Vibrio ; [2] en los siguientes animales, se han implicado especies bacterianas específicas: [a]
La asociación de especies bacterianas con la producción de la toxina es inequívoca: Lago y colaboradores afirman que "se han propuesto bacterias simbióticas e]ndocelulares como una posible fuente de TTX eucariota mediante una vía exógena", [2] y Chau y Sus compañeros de trabajo señalan que "la aparición generalizada de TTX en organismos filogenéticamente distintos... sugiere fuertemente que las bacterias simbióticas desempeñan un papel en la biosíntesis de TTX" [1] , aunque la correlación se ha extendido a la mayoría, pero no a todos, los animales en los que la toxina ha sido identificado. [1] [2] [5] Por el contrario, en un solo caso, el de los tritones ( Taricha granulosa ), no se ha logrado detectar bacterias productoras de TTX en los tejidos con mayores niveles de toxinas ( piel , ovarios , músculos) . ), utilizando métodos de PCR , [24] aunque se han planteado preocupaciones técnicas sobre el enfoque. [1] Fundamentalmente para el argumento general, los globos Takifugu rubripes capturados y criados en laboratorio con dietas controladas sin TTX "pierden toxicidad con el tiempo", mientras que los globos Takifugu niphobles cultivados y libres de TTX alimentados con dietas que contienen TTX vieron TTX en el Los hígados de los peces aumentan a niveles tóxicos. [1] Por lo tanto, como las especies bacterianas que producen TTX están ampliamente presentes en los sedimentos acuáticos, hay argumentos sólidos para la ingestión de TTX y/o bacterias productoras de TTX, con acumulación y posible posterior colonización y producción. [1] Sin embargo, sin vías biosintéticas claras (aún no encontradas en animales, pero sí demostradas para bacterias), [25] sigue siendo incierto si es simplemente a través de bacterias que cada animal acumula TTX; Queda la cuestión de si las cantidades pueden explicarse suficientemente mediante la ingestión, la ingestión más colonización o algún otro mecanismo. [1] [2] [5]
La tetrodotoxina se une a lo que se conoce como sitio 1 del canal rápido de sodio dependiente de voltaje . [26] El sitio 1 está ubicado en la abertura del poro extracelular del canal iónico. Cualquier molécula unida a este sitio bloqueará la entrada de iones de sodio a la célula nerviosa a través de este canal (que en última instancia es necesario para la conducción nerviosa). La saxitoxina , la neosaxitoxina y varias de las conotoxinas también se unen al mismo sitio. [27]
El uso de esta toxina como sonda bioquímica ha dilucidado dos tipos distintos de canales de sodio dependientes de voltaje (VGSC) presentes en mamíferos: canales de sodio dependientes de voltaje sensibles a la tetrodotoxina (canales TTX-s Na + ) y canales de sodio dependientes de voltaje resistentes a la tetrodotoxina. Canales de sodio (canales TTX-r Na + ). La tetrodotoxina inhibe los canales de Na + de TTX-s en concentraciones de alrededor de 1 a 10 nM, [28] mientras que se requieren concentraciones micromolares de tetrodotoxina para inhibir los canales de Na + de TTX-r . [29] Las células nerviosas que contienen canales TTX-r Na + se encuentran principalmente en el tejido cardíaco , mientras que las células nerviosas que contienen canales TTX-s Na + dominan el resto del cuerpo.
TTX y sus análogos han sido históricamente agentes importantes para su uso como compuestos de herramientas químicas, para su uso en la caracterización de canales y en estudios fundamentales de la función del canal. [30] [31] La prevalencia de los canales de Na + de TTX-s en el sistema nervioso central hace que la tetrodotoxina sea un agente valioso para silenciar la actividad neuronal dentro de un cultivo celular .
La ruta biosintética hacia la TTX sólo se comprende parcialmente. Se sabe desde hace mucho tiempo que la molécula está relacionada con la saxitoxina y, desde 2011, se cree que existen rutas separadas para la TTX acuática (bacteriana) y terrestre (tritón). [32] En 2020, nuevos intermedios encontrados en los tritones sugieren que la síntesis comienza con geranil guanidina en el anfibio; Estos intermediarios no se encontraron en animales acuáticos que contenían TTX, lo que respalda la teoría de la ruta separada. [33] En 2021, se produjo el primer genoma de una bacteria productora de TTX. Este " Bacillus sp. 1839" fue identificado como Cytobacillus gottheilii utilizando su secuencia de ARNr. El investigador responsable de este estudio aún no ha identificado una vía coherente, pero espera hacerlo en el futuro. [34]
Los animales que acumulan TTX como mecanismo de defensa, así como sus depredadores, deben evolucionar para ser resistentes a los efectos del TTX. En muchos de estos animales se encuentran mutaciones en los genes VGSC, especialmente los genes de Na v 1.4 (VGSC del músculo esquelético, "TTX-s" [35] ). [36] Estas mutaciones han surgido de forma independiente varias veces, incluso varias veces en diferentes poblaciones de la misma especie, como se ve en la culebra. Consisten en diferentes sustituciones de aminoácidos en posiciones similares, un ejemplo débil de evolución convergente causada por cómo TTX se une al VGSC no mutado. [36]
Otro camino hacia la resistencia a la TTX son las proteínas de unión a toxinas que se adhieren a la TTX con la fuerza suficiente para evitar que llegue a los VGSC vulnerables. Se han encontrado varias proteínas que se unen a TTX en peces globo, cangrejos y gasterópodos. También hay proteínas que se unen a la saxitoxina (STX), una toxina con un modo de acción similar. [36]
En 1964, un equipo de científicos dirigido por Robert B. Woodward dilucidó la estructura de la tetrodotoxina. [37] La estructura fue confirmada mediante cristalografía de rayos X en 1970. [38] Yoshito Kishi y compañeros de trabajo informaron de la primera síntesis total de tetrodotoxina racémica en 1972. [39] [40] M. Isobe y compañeros de trabajo [41] [42] [43] y J. Du Bois informaron sobre la síntesis total asimétrica de tetrodotoxina en 2003. [44] Las dos síntesis de 2003 utilizaron estrategias muy diferentes, con la ruta de Isobe basada en un enfoque de Diels-Alder y el trabajo de Du Bois utilizando la activación del enlace C-H. . Desde entonces, los métodos han avanzado rápidamente y se han desarrollado varias estrategias nuevas para la síntesis de tetrodotoxina. [45] [46]
TTX es extremadamente tóxico. La Hoja de datos de seguridad del material para TTX enumera la dosis letal media oral ( LD 50 ) para ratones como 334 μg por kg. [47] A modo de comparación, la LD 50 oral del cianuro de potasio para ratones es de 8500 μg por kg, [48] lo que demuestra que incluso por vía oral, el TTX es más venenoso que el cianuro . El TTX es aún más peligroso si se administra por vía intravenosa; la cantidad necesaria para alcanzar una dosis letal mediante inyección es de 8 μg por kg en ratones. [49]
La toxina puede ingresar al cuerpo de una víctima por ingestión , inyección o inhalación , o a través de abrasión en la piel. [50]
Las intoxicaciones que se producen como consecuencia del consumo de pescado del orden Tetraodontiformes son extremadamente graves. Los órganos (p. ej., el hígado) del pez globo pueden contener niveles de tetrodotoxina suficientes para producir la parálisis del diafragma descrita y la correspondiente muerte por insuficiencia respiratoria . [51] La toxicidad varía entre especies y en diferentes estaciones y localidades geográficas, y la carne de muchos peces globo puede no ser peligrosamente tóxica. [5]
El mecanismo de toxicidad se produce mediante el bloqueo de los canales rápidos de sodio dependientes de voltaje, que son necesarios para la transmisión normal de señales entre el cuerpo y el cerebro. [52] Como resultado, TTX causa pérdida de sensación y parálisis de los músculos voluntarios, incluidos el diafragma y los músculos intercostales, lo que detiene la respiración. [53]
Los usos terapéuticos de los huevos de pez globo ( tetraodon ) se mencionaron en la primera farmacopea china Pen-T'so Ching (El Libro de las Hierbas, supuestamente 2838-2698 a. C. por Shennong ; pero es más probable una fecha posterior ), donde fueron clasificados tiene una toxicidad "media", pero podría tener un efecto tónico cuando se usa en la dosis correcta. El uso principal era "detener enfermedades convulsivas". [30] En el Pen-T'so Kang Mu (Index Herbacea o The Great Herbal de Li Shih-Chen, 1596) algunos tipos de pez Ho-Tun (el actual nombre chino del tetraodon ) también fueron reconocidos como tóxicos pero , en la dosis adecuada, útil como parte de un tónico. Se observó una mayor toxicidad en Ho-Tun en peces capturados en el mar (en lugar de en el río) después del mes de marzo. Se reconoció que las partes más venenosas eran el hígado y los huevos, pero que la toxicidad se podía reducir remojando los huevos. [30] (La tetrodotoxina es ligeramente soluble en agua y soluble a 1 mg/ml en soluciones ligeramente ácidas). [54]
El médico alemán Engelbert Kaempfer , en su "Una historia de Japón" (traducida y publicada en inglés en 1727), describió lo bien conocidos que eran los efectos tóxicos del pescado, hasta el punto de que sería utilizado para el suicidio y que el Emperador decretó específicamente que a los soldados no se les permitía comerlo. [55] También hay evidencia de otras fuentes de que el conocimiento de tal toxicidad estaba generalizado en todo el sudeste asiático y la India. [30]
Los primeros casos registrados de envenenamiento por TTX que afectaron a occidentales provienen de los registros del capitán James Cook del 7 de septiembre de 1774. [51] En esa fecha, Cook registró a su tripulación comiendo algunos peces tropicales locales (pez globo) y luego alimentando con los restos a los cerdos mantenidos en el lugar. junta. La tripulación experimentó entumecimiento y dificultad para respirar, mientras que todos los cerdos fueron encontrados muertos a la mañana siguiente. En retrospectiva, está claro que la tripulación sobrevivió a una dosis leve de tetrodotoxina, mientras que los cerdos comieron las partes del cuerpo del pez globo que contienen la mayor parte de la toxina, por lo que resultaron fatalmente envenenados.
La toxina fue aislada y nombrada por primera vez en 1909 por el científico japonés Dr. Yoshizumi Tahara. [2] [56] [51] Fue uno de los agentes estudiados por la Unidad 731 de Japón , que evaluó armas biológicas en sujetos humanos en la década de 1930. [57]
El diagnóstico de intoxicación por pez globo se basa en la sintomatología observada y en los antecedentes dietéticos recientes. [58]
Los síntomas generalmente se desarrollan dentro de los 30 minutos posteriores a la ingestión, pero pueden retrasarse hasta cuatro horas; sin embargo, si la dosis es fatal, los síntomas suelen presentarse dentro de los 17 minutos posteriores a la ingestión. [51] Al hormigueo en los labios y la lengua le sigue el desarrollo de hormigueo en las extremidades, hipersalivación , sudoración , dolor de cabeza, debilidad, letargo, falta de coordinación , temblor , parálisis, piel azulada , pérdida de la voz , dificultad para tragar y convulsiones . Los síntomas gastrointestinales suelen ser graves e incluyen náuseas , vómitos , diarrea y dolor abdominal ; la muerte suele ser secundaria a insuficiencia respiratoria . [53] [58] Hay una dificultad respiratoria cada vez mayor , el habla se ve afectada y la víctima generalmente presenta dificultad para respirar , dilatación pupilar excesiva y presión arterial anormalmente baja . La parálisis aumenta y pueden producirse convulsiones , deterioro mental y latidos cardíacos irregulares . La víctima, aunque completamente paralizada, puede estar consciente y en algunos casos completamente comprensible hasta poco antes de la muerte, que generalmente ocurre dentro de 4 a 6 horas (rango de ~20 minutos a ~8 horas). Sin embargo, algunas víctimas entran en coma . [53] [59]
Si el paciente sobrevive 24 horas, la recuperación sin secuelas suele producirse en unos pocos días. [58]
La terapia es de apoyo y se basa en los síntomas, con un manejo temprano agresivo de las vías respiratorias. [51] Si se consume, el tratamiento puede consistir en vaciar el estómago, alimentar a la víctima con carbón activado para unir la toxina y tomar medidas estándar de soporte vital para mantener a la víctima con vida hasta que el efecto del veneno haya desaparecido. [51] Se recomiendan agonistas alfa adrenérgicos además de líquidos intravenosos para aumentar la presión arterial; Los agentes anticolinesterásicos "se han propuesto como opción de tratamiento, pero no se han probado adecuadamente". [59]
No se ha desarrollado ni aprobado ningún antídoto para uso humano, pero un informe de investigación primaria (resultado preliminar) indica que USAMRIID está desarrollando un anticuerpo monoclonal específico contra la tetrodotoxina que fue eficaz, en un estudio, para reducir la letalidad de la toxina en pruebas en ratones. . [60]
Los envenenamientos por tetrodotoxina se han asociado casi exclusivamente con el consumo de pez globo de aguas de las regiones del Océano Indo-Pacífico, principalmente porque peces globo igualmente tóxicos de otras regiones se comen con mucha menos frecuencia. Sin embargo, varios casos reportados de intoxicaciones, incluidas muertes, involucraron peces globo del Océano Atlántico, el Golfo de México y el Golfo de California . No ha habido casos confirmados de tetrodotoxicidad del pez globo del Atlántico, Sphoeroides maculatus , pero tres estudios encontraron extractos de peces de esta especie altamente tóxicos en ratones. Varias intoxicaciones recientes por estos peces en Florida se debieron a la saxitoxina , que provoca una intoxicación paralizante por mariscos con síntomas y signos muy similares. La concha de trompeta Charonia sauliae ha sido implicada en intoxicaciones alimentarias y la evidencia sugiere que contiene un derivado de tetrodotoxina. Se han reportado varios envenenamientos por pez globo mal etiquetado, y al menos un informe de un episodio fatal en Oregon cuando un individuo se tragó un tritón de piel áspera Taricha granulosa por un desafío. [61]
En 2009, se desató un gran susto en la región de Auckland de Nueva Zelanda después de que varios perros murieran comiendo Pleurobranchaea maculata (babosa marina gris con branquias laterales) en las playas. [62] Se pidió a los niños y a los dueños de mascotas que evitaran las playas, y la pesca recreativa también se interrumpió por un tiempo. Después de un análisis exhaustivo, se descubrió que las babosas de mar debieron haber ingerido tetrodotoxina. [63]
Las estadísticas de la Oficina de Bienestar Social y Salud Pública de Tokio indican entre 20 y 44 incidentes de intoxicación por fugu por año entre 1996 y 2006 en todo el país, lo que provocó entre 34 y 64 hospitalizaciones y entre 0 y 6 muertes por año, para una tasa de mortalidad promedio de 6,8%. [64] De los 23 incidentes registrados en Tokio entre 1993 y 2006, sólo uno tuvo lugar en un restaurante, mientras que los demás involucraron a pescadores comiéndose sus capturas. [64] Desde 2006 hasta 2009 en Japón hubo 119 incidentes que involucraron a 183 personas, pero sólo siete personas murieron. [sesenta y cinco]
Sólo se han reportado unos pocos casos en los Estados Unidos y los brotes en países fuera del área del Indo-Pacífico son raros. En Haití, se pensaba que la tetrodotoxina se utilizaba en preparaciones vudú , en los llamados venenos zombis . Sin embargo, análisis cuidadosos posteriores han cuestionado repetidamente los primeros estudios por motivos técnicos y no han logrado identificar la toxina en ninguna preparación. [66] [67] [68] Por lo tanto, la discusión sobre el tema prácticamente ha desaparecido de la literatura primaria desde principios de la década de 1990. Kao y Yasumoto concluyeron en el primero de sus artículos de 1986 que "la afirmación ampliamente difundida en la prensa no especializada en el sentido de que la tetrodotoxina es el agente causal en el proceso inicial de zombificación carece de fundamento fáctico". [66] : 748
Los antecedentes genéticos no son un factor de susceptibilidad al envenenamiento por tetrodotoxina. Esta toxicosis se puede evitar no consumiendo especies animales que se sabe que contienen tetrodotoxina, principalmente el pez globo; Otras especies tetrodotóxicas no suelen ser consumidas por los humanos.
El envenenamiento por tetrodotoxina es un problema de salud pública particular en Japón, donde el fugu es un manjar tradicional. Se prepara y vende en restaurantes especiales donde chefs capacitados y autorizados retiran cuidadosamente las vísceras para reducir el peligro de intoxicación. [69] Existe la posibilidad de que se produzcan una identificación y un etiquetado incorrectos, en particular de productos pesqueros preparados y congelados.
El bioensayo en ratones desarrollado para la intoxicación paralizante por mariscos (PSP) se puede utilizar para monitorear la tetrodotoxina en el pez globo y es el método de elección actual. Se ha desarrollado un método de HPLC con reacción poscolumna con álcali y fluorescencia para determinar la tetrodotoxina y sus toxinas asociadas. Los productos de degradación alcalina pueden confirmarse como sus derivados de trimetilsililo mediante cromatografía de gases/espectrometría de masas. [ cita necesaria ]
La tetrodotoxina puede cuantificarse en suero, sangre entera u orina para confirmar un diagnóstico de intoxicación en pacientes hospitalizados o para ayudar en la investigación forense de un caso de sobredosis mortal. La mayoría de las técnicas analíticas implican la detección espectrométrica de masas después de la separación cromatográfica de gases o líquidos. [70]
La tetrodotoxina se ha investigado como un posible tratamiento para el dolor asociado al cáncer. Los primeros ensayos clínicos demuestran un alivio significativo del dolor en algunos pacientes. [71] [72]
También se ha estudiado en relación con las migrañas . Las mutaciones en un canal de Na + sensible a TTX en particular se asocian con algunas migrañas , [73] aunque no está claro si esto tiene alguna relevancia terapéutica para la mayoría de las personas con migraña. [74]
La tetrodotoxina se ha utilizado clínicamente para aliviar los efectos negativos asociados con la abstinencia de heroína . [75]
En los EE. UU., la tetrodotoxina aparece en la lista de agentes selectos del Departamento de Salud y Servicios Humanos , [76] y los científicos deben registrarse en el HHS para utilizar la tetrodotoxina en sus investigaciones. Sin embargo, los investigadores que posean menos de 500 mg están exentos de la regulación. [77]
La tetrodotoxina sirve como recurso argumental para que los personajes finjan la muerte, como en las películas Hello Again (1987), The Serpent and the Rainbow (1988), The A-Team (2010) y Captain America: The Winter Soldier (2014), War. (2019), y en episodios de " Jane the Virgin ", Miami Vice (1985), [78] Nikita , MacGyver Temporada 7, Episodio 6, donde el antídoto es la hoja de Datura stramonium , CSI: NY (Temporada 4, episodio 9" Boo") y Chuck . En Law Abiding Citizen (2009) y Alex Cross (2012), su parálisis se presenta como un método de asistencia a la tortura. También se hizo referencia a la toxina en "forma sintética" en el S1E2 de la serie " FBI ". La toxina se utiliza como arma tanto en la segunda temporada de Archer , en Covert Affairs como en el episodio Inside No. 9 " El acertijo de la esfinge ". [79] [80] En Columbo, episodio 2 de la temporada 7, fugu se usa para matar a la víctima del antagonista. Columbo (temporada 7) En la novela ligera The Apothecary Diaries , así como en las respectivas adaptaciones de manga [81] [82] y anime [83] [84] , la toxina fugu se encuentra en múltiples arcos misteriosos.
Basado en la presunción de que la tetrodotoxina no siempre es fatal, pero en dosis casi letales puede dejar a una persona extremadamente enferma y permanece consciente, [58] se ha alegado que la tetrodotoxina produce zombieismo y se ha sugerido como ingrediente en la receta haitiana. Preparativos de vudú . [85] Esta idea apareció por primera vez en el libro de no ficción de 1938 Tell My Horse de Zora Neale Hurston en el que había múltiples relatos de un supuesto envenenamiento por tetrodotoxina en Haití por parte de un hechicero vudú llamado bokor . [86] Estas historias fueron popularizadas más tarde por el etnobotánico formado en Harvard Wade Davis [85] en su libro de 1985 y en la película de Wes Craven de 1988, ambos titulados La serpiente y el arco iris . James Ellroy incluye la "toxina del pez globo" como ingrediente en los preparativos del vudú haitiano para producir zombis y muertes por envenenamiento en su novela oscura, inquietante y violenta Blood's a Rover . Pero esta teoría ha sido cuestionada por la comunidad científica desde la década de 1990 basándose en pruebas de química analítica de múltiples preparaciones y revisión de informes anteriores (ver arriba). [66] [67] [68]
Maculotoxina, una potente neurotoxina aislada de las glándulas salivales posteriores del pulpo de anillos azules. Hapalochlaena maculosa ha sido identificada ahora como tetrodotoxina. Este es el primer caso reportado en el que se encuentra tetrodotoxina en un veneno.
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La tetrodotoxina bloquea las corrientes de sodio y se cree que tiene potencial como analgésico potente y como agente eficaz en la desintoxicación de la adicción a la heroína sin síntomas de abstinencia y sin producir dependencia física.