La tutina es un derivado vegetal venenoso que se encuentra en las plantas tutu de Nueva Zelanda (varias especies del género Coriaria ). Actúa como un potente antagonista del receptor de glicina , [1] y tiene poderosos efectos convulsivos . [2] Se utiliza en la investigación científica sobre el receptor de glicina. A veces se asocia con brotes de envenenamiento por miel tóxica cuando las abejas se alimentan de la exudación de melaza del insecto chupador de savia de la pasionaria ( Scolypopa australis ), cuando las cigarras de la vid se han estado alimentando de la savia de los arbustos de tutu. La miel tóxica es un evento raro y es más probable que ocurra cuando la miel del panal se come directamente de una colmena que ha estado recolectando melaza de las cigarras de la pasionaria que se alimentan de plantas de tutu. [3]
La tutina se descubrió por primera vez como contaminante de la miel a finales del siglo XIX. Los 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 por completo sus efectos tóxicos. [4] Se sabía que la toxina provenía de la planta tutu. Sin embargo, ni el néctar ni el polen de la planta tutu contienen esta toxina, las dos partes que ingieren las abejas. Finalmente, se descubrió que la cigarra de la pasionaria ( Scolypopa australis ), un insecto plaga, extrae la savia de los brotes jóvenes de la planta tutu y libera secreciones, melaza, que contienen la toxina tutina. [4] Las abejas consumen melaza como fuente de alimento complementario, contaminando así la miel que producen con esta toxina. [4] A partir de entonces, periódicamente se produjeron nuevos brotes de intoxicación por tutin. En 2008, una familia tuvo que ser hospitalizada debido a graves síntomas provocados por la miel cultivada en casa contaminada con tutin. [4]
La tutina es una neurotoxina convulsiva sesquiterpénica policíclica polioxigenada . [5] La tutina es uno de una serie de compuestos química y farmacológicamente similares de los cuales la picrotoxina [6] y la coriamirtina [7] han sido los más estudiados. Conroy [8] [9] propuso la estructura de la picrotoxina, que fue confirmada por estudios cristalográficos de rayos X y también determinó la configuración absoluta de la molécula. [10] [11] Karyone y Okuda propusieron la estructura de la tutina [12] basándose en la estructura de la pictrotoxina y estudios de degradación química. La estructura de la tutina, incluida la estereoquímica absoluta, fue confirmada por análisis de cristales de rayos X [5] [13] junto con medios químicos y quiroprácticos. [14] [15] La tutina tiene un esqueleto muy tenso, que incluye dos anillos de epóxido y una lactona , que es susceptible a varios reordenamientos. La tutina tiene un sabor intensamente amargo característico. La tutina 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 tutina da como resultado una coloración rojo sangre. [16]
En 1901, Easterfield y Aston aislaron por primera vez la tutina y la 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 se pulverizaron y se agotaron con 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 la destilación, 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 con extremos oblicuos. El producto final contenía el glucósido no nitrogenado altamente venenoso característico [ aclaración necesaria ] tutina en forma de cristales incoloros que se fundían a 204–205 °C (399–401 °F). [16]
En 1989, Wakamatsu y colaboradores informaron en detalle la primera síntesis total de (+)-tutina de una manera estereocontrolada. (+)-Tutina se puede sintetizar en un proceso de reacción de nueve pasos. Primero, un alcohol (-)-bromo se protegió por sililación . Después de este paso, la conversión de la fracción de bromuro alílico en el alcohol alílico se logró mediante las condiciones de Corey. [9] A continuación, la fracción hidroxilo se introdujo en C-2, regio- y estereoselectivamente de la reacción intramolecular se debió al uso de la función hidroxilo C-14 para obtener el éter cíclico deseado. A continuación, el enlace etéreo se escindió proporcionando el bromuro alílico. Posteriormente, el grupo protector sililo se eliminó utilizando fluoruro de tetra- n -butilamonio en THF. La reacción intramolecular S N 2 en la fracción de bromuro alílico condujo a la formación de la olefina epoxi. Luego, la olefina epoxi se convirtió en bisepóxido en tres pasos: primero, hidrólisis alcalina para dar el alcohol, segundo, esterificación para formar carbonato de 2,2,2-tricloroetilo y, por último, epoxidación. Después, el bisepóxido se oxidó con óxido de rutenio(VII) para dar 2,2,2-tricloroetoxicarbonil α-bromotutina. La parte final de la síntesis de (+)-tutina es una reducción con cinc y cloruro de amonio. [17]
Se ha informado de la acilación del alcohol secundario 2-OH [18] y de la doble acetilación tanto en el 2-OH como en el C6-OH [19] de la tutina. 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 glicósidos complejos con β-estereoselectividad anómera. [21]
El GABA (ácido γ-aminobutírico) es un importante neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central de los mamíferos. La tutina 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. Basándose en datos extensos, se determinó que la tutina es un antagonista no competitivo [22] que utiliza 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 de toxinas similares ha demostrado que son bloqueantes de otros canales iónicos regulados por ligandos . Por lo tanto, se sospecha que la tutina también podría poseer propiedades antagónicas contra 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 aparecieron en menos de 15 minutos en ratones y después de aproximadamente una hora en perros. Los animales que recibieron dosis no letales mostraron una recuperación rápida, lo que sugiere una eliminación rápida. [25] Por el contrario, el tiempo de inicio de la toxicidad después del consumo de tutina que contiene miel es muy variable. En 2008, se encontró un tiempo de inicio medio de 7,5 horas para los 11 casos confirmados con tiempos de inicio que oscilaban entre media hora y 17 horas después de la ingestión. [4]
La tutina tiene un efecto tóxico tanto en mamíferos como en insectos. Se investigó si sería útil como rodenticida . En ratas tuvo un efecto letal en una hora con una dosis de 55 mg/kg de peso corporal. Sin embargo, se recomendó que se utilizara una toxina más específica. [21]
En humanos también tiene un efecto tóxico. Aunque las dosis exactas siguen siendo desconocidas, algunas personas han quedado incapacitadas, hospitalizadas o incluso han muerto por la ingestión de tutina. Se realizó un estudio en el que se administró a seis hombres una dosis de tutina 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 tutina una hora después de la ingestión, y un segundo pico, más grande y prolongado, alrededor de 15 horas después de la ingestión. Las razones de esta observación aún están por determinar. [26] Los efectos secundarios de la intoxicación por tutina 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 picrotoxanos; picrotoxinina y coriamirtina. [27] Los síntomas de intoxicación por tutina son, por ejemplo: depresión preliminar, salivación , caída 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 del envenenamiento por tutina se describieron como salivación, disminución del ritmo cardíaco, aumento de la actividad respiratoria y, más tarde, 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 son de valor limitado debido a la incertidumbre en el perfil de impurezas para la tutina administrada. Por ejemplo, Palmer-Jones (1947) [28] informó una LD50 de 20 mg/kg de tutina por administración oral en ratas. La administración por vía subcutánea (SC) e intraperitoneal (IP) mostró una toxicidad aguda más alta con LD50 de aproximadamente 4 y 5 mg/kg. [3] Se sabe poco 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 las 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 a la tutina implica que una dosis de aproximadamente un miligramo causa náuseas y vómitos en un hombre adulto y sano. [16]
Se sabe que la tutina causa la muerte en ovejas y ganado perteneciente a los colonos de Nueva Zelanda. Por lo tanto, a principios del siglo XX se realizaron amplias investigaciones sobre los efectos de la tutina 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 roedores pequeños como ratas, conejos y cobayas, la dosis letal mínima era un poco más alta, 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 tutina, porque se alimentan de las bayas de la planta de turin. Después de la investigación, quedó claro que las aves tienen una dosis letal mínima alta (alrededor de 10,25 mg/kg), pero no inmunidad absoluta. La inmunidad aparente 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 físicamente. [18] La dosis letal relativamente alta se puede explicar por la forma en que las aves digieren los alimentos. Desde el buche (una parte de la garganta en muchas aves donde se almacena el alimento antes de llegar al estómago), las venas pasan directamente a la circulación sistémica, en lugar de pasar primero por el hígado como en los mamíferos. [ Aclaración necesaria ]