En la naturaleza, los caracoles cono arponean a sus presas mientras pasan nadando. En el laboratorio, el caracol cono ha aprendido a intercambiar veneno por comida. Aquí, un caracol extiende su probóscide y descarga una dosis de veneno en un tubo con tapa de látex.
Crédito: Alex Holt/NIST
Los caracoles cónicos han inspirado a los humanos durante siglos. Las comunidades costeras a menudo han intercambiado sus hermosas conchas como dinero y las han usado como joyas. Muchos artistas, incluido Rembrandt, los han representado en bocetos y pinturas. Ahora, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) también están encontrando inspiración en estos depredadores mortales, mientras buscan nuevas formas de curar viejos problemas médicos utilizando los caracoles venenosos como modelos.
“Es el mismo veneno que se utilizó para matar a los dinosaurios en Jurassic Park”, dice el bioquímico del NIST Frank Marí, riéndose. “Da miedo, pero ese poder podría usarse para otro tipo de bien en la vida real”.
Como todos los científicos del NIST, Marí mide cosas. En concreto, mide el ARN y las proteínas asociadas que actúan en el interior de los animales marinos. A medida que la tecnología ha ido mejorando a lo largo de los años, él y su equipo han adquirido mayor capacidad para examinar, analizar y catalogar las moléculas que actúan en algunas de las criaturas menos conocidas del océano, como los caracoles cónicos. Este año, su laboratorio hizo varios descubrimientos importantes sobre su veneno, descubrimientos que podrían conducir en última instancia al desarrollo de nuevos medicamentos para enfermedades difíciles de tratar. Al imitar la forma en que estas pequeñas y silenciosas criaturas administran el veneno, los científicos podrían ser capaces de ofrecer mejores curas.
En un día cualquiera, se puede encontrar a Marí caminando arriba y abajo por las filas de burbujeantes tanques del acuario del Laboratorio Marino Hollings en Charleston, Carolina del Sur, revisando los 60 caracoles cónicos individuales que han vivido en su laboratorio durante los últimos 15 años. Una vez a la semana, él y su personal hacen una especie de negociación delicada con ellos: intercambian un pez muerto por una dosis de veneno que se recolecta en un tubo y se almacena para su uso en mediciones e investigaciones científicas en curso.
“Los caracoles cono son muy inusuales”, dice Marí. “En realidad no se parecen a ninguna otra criatura de la Tierra, y trabajar con ellos es casi como trabajar con un extraterrestre. Pero eso también es divertido. El sistema de caracoles cono es como una tienda de golosinas para alguien como yo”.
Se han encontrado más de 800 especies de caracoles cónicos en todo el mundo, principalmente en áreas tropicales más cálidas. Son criaturas solitarias, sin rostro y no agresivas, pero pican defensivamente cuando son recogidas por un coleccionista de conchas involuntario. Los caracoles cónicos más pequeños imparten una picadura que es casi tan poderosa como la picadura de una abeja, pero la picadura de especies más grandes puede matar a un humano adulto en cuestión de horas. Se cree que el caracol cónico más mortal es el «caracol cigarrillo» del Indo-Pacífico, un caracol aproximadamente del largo del pulgar de un hombre que puede liberar una toxina tan fuerte que solo tendría tiempo de terminar un cigarrillo antes de morir por su ataque.
Aunque su colección incluye varias especies, el área de especial interés de Marí es el caracol cono morado ( Conus purpurascens ). Es una criatura que se encuentra principalmente en las aguas costeras del Pacífico oriental frente al Golfo de California hasta Perú y en alta mar alrededor de las Islas Galápagos, moviéndose lentamente a lo largo del fondo rocoso donde crece hasta medir varios centímetros de largo. Como todos los caracoles del género Conus , estos animales nocturnos son comunes, pero a menudo pasan desapercibidos para los bañistas ocasionales.
A pesar de su lentitud, estos caracoles han evolucionado para cazar hábilmente animales mucho más rápidos en la oscuridad, disparando un solo diente parecido a un arpón a otros caracoles, peces y gusanos. Una vez inyectado, la presa queda paralizada instantáneamente y no puede escapar. El caracol luego arrastra lentamente la comida inmovilizada dentro de su caparazón para digerirla entera. Cada diente se descarta después de su uso y se reemplaza inmediatamente por otro. Algunos caracoles cono viajan con alrededor de 20 de estos dientes incrustados en sus sistemas, cargados y listos para ser disparados cuando la siguiente comida pase nadando por allí.
En su estado natural, el veneno del caracol cono no sería un buen tratamiento para las enfermedades humanas, pero al analizarlo poco a poco y medir cada componente a nivel molecular, Marí y su equipo pretenden comprender y catalogar cómo funciona cada aspecto de este veneno.
“Estamos aprendiendo mucho sobre ellos”, dice Marí.
Por ejemplo, ¿por qué el veneno del caracol cono es capaz de penetrar tan rápidamente el sistema nervioso de otro animal? ¿Y cómo logra paralizar a una víctima de forma tan efectiva? Lo que resulta aún más desconcertante es que algunos caracoles cono morados no son tóxicos en absoluto, lo que, según Marí, podría estar relacionado con las etapas de desarrollo de los caracoles.
Las respuestas a todas estas preguntas sobre el caracol cono podrían utilizarse para crear nuevos medicamentos que se desplacen por el cuerpo del paciente de una manera más rápida y eficiente, como nuevos tipos de insulina para el tratamiento de la diabetes o mejores tratamientos para enfermedades neurológicas como el Alzheimer. Algunos piensan que la investigación sobre el veneno puede proporcionar nuevos sistemas de administración de medicamentos que apuntarían a reducir las formas de cáncer de rápida propagación. Otros quieren utilizar los ingredientes del veneno para el tratamiento de la adicción. Un componente del veneno del caracol cono incluso se ha utilizado en cremas antiarrugas que ahora están en el mercado y que hacen que el poder de la inflamación actúe bajo la piel, abultando las arrugas y las líneas finas en los rostros humanos.
En un artículo publicado recientemente en Scientific Reports , Marí y su equipo utilizaron toxinas de caracol cono como sondas moleculares para identificar una importante superposición entre los sistemas inmunológico y nervioso central en humanos. Su trabajo demostró por primera vez que una toxina clásica, una que suele asociarse con el sistema nervioso central, también puede tener un impacto en el sistema inmunológico, por el cual algunas células reciben señales de formas específicas una vez que ciertos tipos de péptidos de caracol cono, conocidos como conotoxinas, entran en el cuerpo. La nueva información puede ayudar en el desarrollo de terapias para erradicar los cánceres gástrico, de mama y de pulmón, así como en el control de la tuberculosis, ya que todas esas enfermedades desencadenan la sobreproducción de algunas células. En lugar de utilizar la toxina como una cura real, el trabajo proporcionaría una hoja de ruta para comprender mejor (y tal vez controlar) el crecimiento de células indeseables.
En otro estudio publicado recientemente en el Journal of Proteomics , Marí y su equipo trabajaron en el aislamiento y caracterización de una enzima presente en el veneno del caracol cono llamada Conohyal-P1. Para ello, utilizaron un espectrómetro de masas de ultraalta resolución, una de las herramientas más potentes disponibles para identificar y contar proteínas en una muestra. Una enzima similar se encuentra tanto en el veneno del pez león como en el de la abeja. Sorprendentemente, también se encuentra en muchos tipos de espermatozoides de mamíferos, donde ayuda a debilitar las paredes celulares de los ovarios y facilita la entrada de los espermatozoides y la reproducción exitosa.
“Sabíamos que esta enzima era capaz de degradar el tejido extracelular”, afirma Marí, refiriéndose a las membranas más externas de las células. “Ahora hemos podido evaluar con detenimiento la actividad de la enzima para que cualquier persona pueda utilizarla en trabajos futuros. Además, hemos identificado un nuevo subtipo que no se conocía hasta ahora”.
En un tercer artículo, publicado recientemente en la revista Neuropharmacology , Marí y su equipo evaluaron las toxinas del veneno del caracol cónico probándolas en el sistema nervioso central de las moscas de la fruta. Aunque la mosca de la fruta es muy diferente de los humanos en muchos aspectos, su sistema nervioso central puede proporcionar un gran modelo para una amplia variedad de estudios médicos porque la estructura básica de las células del cerebro de la mosca de la fruta es similar a la estructura de las células del cerebro humano. Por lo tanto, si una célula cerebral de la mosca de la fruta reacciona de una manera, los científicos saben que una célula humana también lo hará.
El equipo de Marí quería saber específicamente cómo interactúan las conotoxinas con una variedad de dianas moleculares en el sistema nervioso de sus presas. El veneno del caracol cono morado contiene una gran cantidad de estos componentes básicos de las proteínas, más de 2.000 de ellos.
“El veneno es increíblemente complejo”, afirma Marí. “Queríamos responder a la pregunta: ¿qué partes podrían usarse como medicina?”
En este caso, descubrieron que la respuesta de las moscas a las inyecciones de veneno de caracol cono se producía principalmente en los receptores que controlan el movimiento muscular y la adicción. Estos detalles podrían ser útiles para el desarrollo de nuevos fármacos contra la enfermedad de Parkinson, que a menudo causa estragos en el sistema musculoesquelético y afecta la capacidad del paciente para controlar los movimientos corporales básicos. También podrían ayudar al desarrollo de tratamientos eficaces contra la adicción a la nicotina.
“El patrón de la concha de un caracol cónico es muy hermoso”, afirma Marí. “Pero creo que la biología y la bioquímica son aún más hermosas, y a medida que exploremos todos los diferentes aspectos del veneno, podemos abrir todo tipo de nuevas oportunidades para su uso médico. Por fin podemos descifrar el código”.
Artículos: A. Padilla, P. Keating, JX Hartmann y F. Marí. Efectos de la α-conotoxina ImI en la expresión de TNF-α, IL-8 y TGF-β por células similares a macrófagos humanos derivadas de células leucémicas premonocíticas THP-1. Scientific Reports . Publicado en línea el 6 de octubre de 2017. DOI: 10.1038/s41598-017-11586-2
C. Möller, E. Clark, H. Safavi-Hemani, A. DeCaprio y F. Marí. Aislamiento y caracterización de Conohyal-P1, una hialuronidasa del veneno inyectado de Conus purpurascens . Journal of Proteomics . Publicado en línea el 5 de julio de 2017. DOI: 10.1016/j.jprot.2017.05.002
MF Hoggard, A. Rodriguez, H. Cano, E. Clark, Han-Shen, T. David, J. Adams, TA Godenschwegee y F. Marí. Ensayos in vivo e in vitro de α-conotoxinas nativas del veneno inyectado de Conus purpurascens . Neurofarmacología . Publicado en línea el 14 de septiembre de 2017. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2017.09.020
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