Tetrodotoxin

Tetrodotoxin
Tetrodotoxin.svg
Tetrodotoxin-based-on-xtal-1970-3D-balls.png
Namn
IUPAC-namn
(4R , 4aR , 5R , 6S , 7S , 8S , 8aR , 10S , 12S ) -2-azaniumyliden-4,6,8,12-tetrahydroxi-6-(hydroximetyl)-2 ,3,4,4a,5,6,7,8-oktahydro-lH - 8a,10-metano-5,7-(epoximetanooxi)kinazolin-10-olat
Andra namn
anhydrotetrodotoxin, 4-epitetrodotoxin, tetrodonsyra, TTX
Identifierare
3D-modell ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.022.236 Edit this at Wikidata
KEGG
UNII
  • InChI=1S/C11H17N3O8/c12-8-13-6(17)2-4-9(19,1-15)5-3(16)10(2,14-8)7(18)11(20, 21-4)22-5/h2-7,15-20H,1H2,(H3,12,13,14)/t2-,3-,4-,5+,6-,7+,9+,10 -,11+/m1/s1  ☒ N
    Nyckel: CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKESA-N  ☒ N
  • InChI=1/C11H17N3O8/c12-8-13-6(17)2-4-9(19,1-15)5-3(16)10(2,14-8)7(18)11(20, 21-4)22-5/h2-7,15-20H,1H2,(H3,12,13,14)/t2-,3-,4-,5+,6-,7+,9+,10 -,11+/m1/s1
    Nyckel: CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKEBM
  • O1[C@@H]4[C@@](O)([C@@H]3O[C@@]1(O)[C@@H](O)[C@]2(N\ C(N/[C@H](O)[C@H]23)=N)[C@@H]4O)CO
  • zwitterjon : O1[C@@H]4[C@@](O)([C@@H]3O[C@@]1([O-])[C@@H](O)[C@ ]2(N\C(N/[C@H](O)[C@H]23)=[NH2+])[C@@H]4O)CO
Egenskaper
C11H17N3O8 _ _ _ _ _ _ _
Molar massa 319,268
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒  N ( vad är check☒ Y N ?)

Tetrodotoxin ( TTX ) är ett potent neurotoxin . Dess namn kommer från Tetraodontiformes , en ordning som inkluderar pufferfish , porcupinefish , ocean sunfish och triggerfish ; flera av dessa arter bär på giftet. Även om tetrodotoxin upptäcktes i dessa fiskar och hittades i flera andra djur (t.ex. i blåringade bläckfiskar , grovhyade vattensalamandrar och månsniglar ), produceras det faktiskt av vissa infekterande eller symbiotiska bakterier som Pseudoalteromonas , Pseudomonas och Vibrio som såväl som andra arter som finns hos djur.

Tetrodotoxin är en natriumkanalblockerare . Det hämmar avfyrningen av aktionspotentialer i neuroner genom att binda till de spänningsstyrda natriumkanalerna i nervcellsmembranen och blockera passagen av natriumjoner (ansvariga för den stigande fasen av en aktionspotential) in i neuronen . Detta förhindrar nervsystemet från att föra meddelanden och därmed musklerna från att dra ihop sig som svar på nervstimulering.

Dess verkningsmekanism, selektiv blockering av natriumkanalen, visades definitivt 1964 av Toshio Narahashi och John W. Moore vid Duke University , med hjälp av sackaros gap voltage clamp teknik.

Källor i naturen

Bortsett från deras bakteriearter av mest sannolikt ultimat biosyntetiskt ursprung (se nedan), har tetrodotoxin isolerats från vitt skilda djurarter, inklusive:

Tarichatoxin visade sig vara identiskt med TTX 1964 av Mosher et al., och identiteten av maculotoxin och TTX rapporterades i Science 1978, och synonymiteten för dessa två toxiner stöds i moderna rapporter (t.ex. i Pubchem och i moderna rapporter). toxikologiska läroböcker) även om historiska monografier som ifrågasätter detta fortsätter i omtryck.

Toxinet används omväxlande av metazoans som ett defensivt biotoxin för att avvärja predation eller som både ett defensivt och rovdjursgift (t.ex. i bläckfiskar, chaetognaths och bandmaskar ). Även om toxinet fungerar som en försvarsmekanism, har vissa rovdjur som den vanliga strumpebandsormen utvecklat okänslighet för TTX, vilket gör att de kan förgripa sig på giftiga vattensalamandrar .

Sambandet mellan TTX med konsumerade, infekterande eller symbiotiska bakteriepopulationer inom den metazoana arten från vilken den är isolerad är relativt tydlig; närvaron av TTX-producerande bakterier i en metazoans mikrobiom bestäms av odlingsmetoder, närvaron av toxinet genom kemisk analys och associeringen av bakterierna med TTX-produktion genom toxicitetsanalys av media där misstänkta bakterier odlas. Som Lago et al. notera, "det finns goda bevis för att upptag av bakterier som producerar TTX är en viktig del av TTX-toxicitet i marina metazoer som presenterar detta toxin." TTX-producerande bakterier inkluderar Actinomyces- , Aeromonas- , Alteromonas- , Bacillus- , Pseudomonas- och Vibrio- arter; i följande djur har specifika bakteriearter varit inblandade:

Sambandet mellan bakteriearter och produktionen av toxinet är otvetydigt – Lago och medarbetare säger, "[e]ndocellulära symbiotiska bakterier har föreslagits som en möjlig källa till eukaryot TTX med hjälp av en exogen väg", och Chau och hans medarbetare noterar att den "utbredda förekomsten av TTX i fylogenetiskt distinkta organismer ... tyder starkt på att symbiotiska bakterier spelar en roll i TTX-biosyntesen" - även om korrelationen har utvidgats till de flesta men inte alla metazoer där toxinet har identifierats. Tvärtom har det skett ett misslyckande i ett enskilt fall, det med vattensalamander ( Taricha granulosa ), att upptäcka TTX-producerande bakterier i vävnaderna med högsta toxinnivåer ( hud , äggstockar , muskler ), med hjälp av PCR- metoder, även om tekniska problem om tillvägagångssättet har tagits upp. Kritiskt för det allmänna argumentet, Takifugu rubripes puffers fångade och uppfödda i laboratoriet på kontrollerade, TTX-fria dieter "förlorar toxicitet över tiden", medan odlade, TTX-fria Takifugu niphobles- puffers utfodras med TTX-innehållande dieter såg TTX i levern på fiskar ökar till giftiga nivåer. Eftersom bakteriearter som producerar TTX är allmänt närvarande i akvatiska sediment, görs ett starkt argument för intag av TTX och/eller TTX-producerande bakterier, med ackumulering och eventuell efterföljande kolonisering och produktion. Utan tydliga biosyntetiska vägar (ännu inte hittat i metazoer, men visat för bakterier) är det dock osäkert om det helt enkelt är via bakterier som varje metazoan ackumulerar TTX; frågan kvarstår om mängderna kan förklaras tillräckligt med intag, intag plus kolonisering eller någon annan mekanism.

Biokemi

Tetrodotoxin binder till det som kallas plats 1 i den snabba spänningsstyrda natriumkanalen . Plats 1 är belägen vid den extracellulära poröppningen i jonkanalen. Bindningen av alla molekyler till denna plats kommer tillfälligt att inaktivera jonkanalens funktion, vilket blockerar passagen av natriumjoner in i nervcellen (vilket i slutändan är nödvändigt för nervledning); neosaxitoxin och flera av konotoxinerna binder också till samma ställe.

Användningen av detta toxin som en biokemisk sond har klarlagt två distinkta typer av spänningsstyrda natriumkanaler som finns i däggdjur: tetrodotoxinkänsliga spänningsstyrda natriumkanaler (TTX-s Na+-kanaler) och tetrodotoxinresistenta spänningsstyrda natriumkanaler ( TTX-r Na + -kanaler). Tetrodotoxin hämmar TTX-s Na + -kanaler i koncentrationer på cirka 1–10 nM, medan mikromolära koncentrationer av tetrodotoxin krävs för att hämma TTX-r Na + -kanaler. Nervceller som innehåller TTX-r Na + -kanaler finns främst i hjärtvävnaden , medan nervceller som innehåller TTX-s Na + -kanaler dominerar resten av kroppen.

TTX och dess analoger har historiskt sett varit viktiga medel för användning som kemiska verktygsföreningar, för användning i kanalkarakterisering och i grundläggande studier av kanalfunktion. Prevalensen av TTX-s Na + -kanaler i det centrala nervsystemet gör tetrodotoxin till ett värdefullt medel för att tysta ner neural aktivitet i en cellkultur .

Kemisk syntes

1964 klargjorde ett team av forskare under ledning av Robert B. Woodward strukturen av tetrodotoxin. Strukturen bekräftades av röntgenkristallografi 1970. Yoshito Kishi och medarbetare rapporterade den första totala syntesen av racemiskt tetrodotoxin 1972. M. Isobe och medarbetare och J. Du Bois rapporterade den asymmetriska totala syntesen av tetrodotoxin 2003. De två 2003 synteser använde väldigt olika strategier, med Isobes väg baserad på en Diels-Alder-metod och Du Bois arbete med aktivering av C–H-bindningar . Sedan dess har metoderna utvecklats snabbt och flera nya strategier för syntes av tetrodotoxin har utvecklats.

Förgiftning

Giftighet

TTX är extremt giftigt. Materialsäkerhetsdatabladet för TTX listar oral median dödlig dos ( LD 50 ) för möss som 334 μg per kg. Som jämförelse är den orala LD 50 för kaliumcyanid för möss 8 500 μg per kg, vilket visar att även oralt är TTX giftigare än cyanid . TTX är ännu farligare om det administreras intravenöst; den mängd som behövs för att nå en dödlig dos genom injektion är 8 μg per kg hos möss.

Toxinet kan komma in i kroppen på ett offer genom förtäring , injektion eller inandning , eller genom skavd hud.

Förgiftning som uppstår till följd av konsumtion av fisk från ordningen Tetraodontiformes är extremt allvarlig. Blossfiskens organ (t.ex. lever) kan innehålla nivåer av tetrodotoxin som är tillräckliga för att producera den beskrivna förlamningen av mellangärdet och motsvarande död på grund av andningssvikt . Toxiciteten varierar mellan arter och vid olika årstider och geografiska platser, och köttet från många blåsfiskar kanske inte är farligt giftigt.

Mekanismen för toxicitet är genom blockering av snabba spänningsstyrda natriumkanaler, som krävs för normal överföring av signaler mellan kroppen och hjärnan. Som ett resultat orsakar TTX förlust av känsel och förlamning av frivilliga muskler inklusive diafragman och interkostala muskler, vilket stoppar andningen.

Historia

En kinesisk farmakopé, 1930.

Den terapeutiska användningen av blåsfiskägg ( tetraodon ) nämndes i den första kinesiska farmakopén Pen-T'so Ching (The Book of Herbs, påstås 2838–2698 f.Kr. av Shennong ; men ett senare datum är mer troligt ), där de klassificerades som har "medelstor" toxicitet, men kan ha en tonisk effekt när den används i rätt dos. Den huvudsakliga användningen var "att arrestera konvulsiva sjukdomar". I Pen-T'so Kang Mu (Index Herbacea eller The Great Herbal av Li Shih-Chen, 1596) erkändes också vissa typer av fisken Ho-Tun (det nuvarande kinesiska namnet för tetraodon ) som båda giftiga ännu, vid rätt dos, användbar som en del av en tonic. Ökad toxicitet i Ho-Tun noterades i fisk som fångats till havs (snarare än i floden) efter mars månad. Man insåg att de giftigaste delarna var levern och äggen, men att toxiciteten kunde minskas genom att blötlägga äggen, notera att tetrodotoxin är lätt vattenlösligt och lösligt vid 1 mg/ml i lätt sura lösningar.

Den tyske läkaren Engelbert Kaempfer beskrev i sin "A History of Japan" (översatt och publicerad på engelska 1727) hur välkända fiskens toxiska effekter var, i den mån den skulle användas för självmord och att kejsaren dekreterade specifikt att soldater inte fick äta det. Det finns också bevis från andra källor för att kunskap om sådan toxicitet var utbredd i hela Sydostasien och Indien.

kapten James Cooks stockar från den 7 september 1774. Det datumet registrerade Cook sin besättning när de åt några lokala tropiska fiskar (pufferfisk) och matade sedan resterna till grisarna som hölls ombord. Besättningen upplevde domningar och andnöd, medan grisarna alla hittades döda nästa morgon. Så här i efterhand står det klart att besättningen överlevde en mild dos av tetrodotoxin, medan grisarna åt de pufferfish-kroppsdelar som innehåller det mesta av giftet, och blev därmed dödligt förgiftade.

Giftet isolerades först och namngavs 1909 av den japanske forskaren Dr. Yoshizumi Tahara. Det var ett av de medel som studerades av Japans enhet 731 , som utvärderade biologiska vapen på mänskliga försökspersoner på 1930-talet.

Symtom och behandling

Diagnosen av pufferfish-förgiftning baseras på den observerade symtomatologin och den senaste diethistorien.

Symtom utvecklas vanligtvis inom 30 minuter efter intag, men kan försenas med upp till fyra timmar; men om dosen är dödlig, är symtom vanligtvis närvarande inom 17 minuter efter intag. Parestesi av läppar och tunga följs av utvecklande parestesi i extremiteterna, hypersalivation , svettning , huvudvärk, svaghet, letargi, inkoordination , tremor , förlamning , cyanos , afoni , dysfagi och anfall . De gastrointestinala symtomen är ofta allvarliga och inkluderar illamående , kräkningar , diarré och buksmärtor ; döden är vanligtvis sekundär till andningssvikt . Det finns ökande andnöd , talet påverkas, och offret uppvisar vanligtvis dyspné , mydriasis och hypotoni . Förlamningen ökar och kramper , mental funktionsnedsättning och hjärtarytmi kan förekomma. Offret, även om det är helt förlamat, kan vara vid medvetande och i vissa fall helt klarsynt tills strax före döden, vilket vanligtvis inträffar inom 4 till 6 timmar (intervall ~20 minuter till ~8 timmar). Men vissa offer hamnar i koma .

Om patienten överlever 24 timmar sker återhämtning utan några kvarvarande effekter vanligtvis under några dagar.

Terapi är stödjande och baserad på symtom, med aggressiv tidig luftvägshantering. Vid förtäring kan behandlingen bestå av att tömma magen, ge offret aktivt kol för att binda giftet och vidta vanliga livsuppehållande åtgärder för att hålla offret vid liv tills giftets effekt har avtagit. Alfa-adrenerga agonister rekommenderas utöver intravenösa vätskor för att bekämpa hypotoni; antikolinesterasmedel "har föreslagits som ett behandlingsalternativ men har inte testats tillräckligt".

Inget motgift har utvecklats och godkänts för mänskligt bruk, men en primär forskningsrapport (preliminärt resultat) indikerar att en monoklonal antikropp specifik mot tetrodotoxin är under utveckling av USAMRIID som var effektiv, i den ena studien, för att minska toxin dödlighet i tester på möss .

Geografisk frekvens av toxicitet

Förgiftningar från tetrodotoxin har nästan uteslutande associerats med konsumtion av blåsfisk från vatten i de Indo-Stillahavsområdena. Pufferfishar från andra regioner äts mycket mindre vanligt. Flera rapporterade fall av förgiftningar, inklusive dödsfall, involverade pufferfish från Atlanten, Mexikanska golfen och Kaliforniens golf . Det har inte förekommit några bekräftade fall av tetrodotoxicitet från atlantisk blåsfisk, Sphoeroides maculatus , men i tre studier var extrakt från fiskar av denna art mycket toxiska på möss. Flera förgiftningar nyligen från dessa fiskar i Florida berodde på saxitoxin , som orsakar paralytisk skaldjursförgiftning med mycket liknande symtom och tecken. Trumpetskalet Charonia sauliae har varit inblandat i matförgiftningar, och bevis tyder på att det innehåller ett tetrodotoxinderivat. Det har rapporterats flera förgiftningar från felmärkt blåsfisk, och minst en rapport om en dödlig episod i Oregon när en individ svalde en grovhudad vattensalamander Taricha granulosa .

2009 utlöstes en stor rädsla i Auckland-regionen i Nya Zeeland efter att flera hundar dog när de åt Pleurobranchaea maculata (grå sidgälad sjöslug) på stränderna. Barn och djurägare ombads undvika stränder och även fritidsfisket avbröts under en tid. Efter en uttömmande analys fann man att havssnilarna måste ha fått i sig tetrodotoxin.

Statistiska faktorer

Statistik från Tokyo Bureau of Social Welfare and Public Health indikerar 20–44 fall av fuguförgiftning per år mellan 1996 och 2006 i hela landet, vilket leder till 34–64 sjukhusinläggningar och 0–6 dödsfall per år, för en genomsnittlig dödlighet på 6,8 %. Av de 23 incidenter som registrerats i Tokyo mellan 1993 och 2006, ägde bara en plats i en restaurang, medan de andra alla involverade fiskare som åt upp sin fångst. Från 2006 till 2009 i Japan inträffade 119 incidenter som involverade 183 personer men endast 7 personer dog.

Endast ett fåtal fall har rapporterats i USA, och utbrott i länder utanför Indo-Stillahavsområdet är sällsynta. [ citat behövs ] I Haiti tros tetrodotoxin ha använts i voodoo- preparat, i så kallade zombiegifter , där efterföljande noggrann analys upprepade gånger har ifrågasatt tidiga studier av tekniska skäl, och har misslyckats med att identifiera giftet i något preparat. , så att diskussionen om saken nästan har försvunnit från den primära litteraturen sedan början av 1990-talet. Kao och Yasumoto drog slutsatsen i den första av sina tidningar 1986 att "det brett cirkulerade påståendet i lekmannapressen om att tetrodotoxin är orsaksmedlet i den initiala zombifieringsprocessen saknar saklig grund."

Genetisk bakgrund är inte en faktor i känsligheten för tetrodotoxinförgiftning. Denna toxicos kan undvikas genom att inte konsumera djurarter som är kända för att innehålla tetrodotoxin, huvudsakligen pufferfish; andra tetrodotoxiska arter konsumeras vanligtvis inte av människor.

Fugu som mat

Förgiftning från tetrodotoxin är ett särskilt folkhälsoproblem i Japan, där " fugu " är en traditionell delikatess. Den tillagas och säljs på speciella restauranger där utbildade och licensierade kockar försiktigt tar bort inälvorna för att minska risken för förgiftning. Det finns risk för felidentifiering och felmärkning, särskilt av beredda, frysta fiskprodukter.

Matanalys

Musbioanalysen som utvecklats för paralytisk skaldjursförgiftning (PSP) kan användas för att övervaka tetrodotoxin i blåsfisk och är den nuvarande metoden att välja. En HPLC- metod med post-kolonnreaktion med alkali och fluorescens har utvecklats för att bestämma tetrodotoxin och dess associerade toxiner. De alkaliska nedbrytningsprodukterna kan bekräftas som deras trimetylsilylderivat genom gaskromatografi/masspektrometri. [ citat behövs ]

Detektion i kroppsvätskor

Tetrodotoxin kan kvantifieras i serum, helblod eller urin för att bekräfta en förgiftningsdiagnos hos inlagda patienter eller för att hjälpa till vid den rättsmedicinska utredningen av ett fall av dödlig överdosering. De flesta analytiska tekniker involverar masspektrometrisk detektion efter gas- eller vätskekromatografisk separation.

Modern terapeutisk forskning

Tetrodotoxin har undersökts som en möjlig behandling för cancerrelaterad smärta. Tidiga kliniska prövningar visar signifikant smärtlindring hos vissa patienter.

Utöver den cancersmärtaapplikation som nämnts är mutationer i en viss TTX-känslig Na + -kanal associerade med vissa migränhuvudvärk , även om det är oklart om detta har någon terapeutisk relevans för de flesta personer med migrän.

Tetrodotoxin har använts kliniskt för att lindra huvudvärken i samband med abstinens av heroin .

förordning

I USA förekommer tetrodotoxin på listan över utvalda agenter vid Department of Health and Human Services, och forskare måste registrera sig hos HHS för att använda tetrodotoxin i sin forskning. Utredare som har mindre än 500 mg är dock undantagna från reglering.

Populärkultur

Tetrodotoxin fungerar som en handlingsanordning för karaktärer att fejka döden, som i filmerna Hello Again (1987), The Serpent and the Rainbow (1988), The A-Team (2010) och Captain America: The Winter Soldier (2014), War (2019), och i avsnitt av " Jane the Virgin ", Miami Vice (1985), Nikita , MacGyver säsong 7, avsnitt 6, där motgiften är Datura stramonium leaf, CSI: NY (säsong 4, avsnitt 9 "Boo") och Chuck . I Law Abiding Citizen (2009) och Alex Cross (2012) presenteras dess förlamning som en metod för att hjälpa tortyr. Toxinet refererades också till i "syntetisk form" i S1E2 i serien " FBI ". Toxinet används som ett vapen i både andra säsongen av Archer , i Covert Affairs och i Inside nr 9- avsnittet " The Riddle of the Sphinx" .

Baserat på antagandet att tetrodotoxin inte alltid är dödligt, men vid nästan dödliga doser kan lämna en person extremt illamående med personen som förblir vid medvetande, har tetrodotoxin påståtts leda till zombieism och har föreslagits som en ingrediens i haitiska Vodou- preparat. Denna idé dök först upp i 1938 års fackbok Tell My Horse av Zora Neale Hurston där det fanns flera berättelser om påstådd tetrodotoxinförgiftning i Haiti av en voodoo-trollkarl kallad Bokor. Dessa berättelser populariserades senare av den Harvard -utbildade etnobotanisten Wade Davis i hans bok från 1985 och Wes Cravens film från 1988, båda med titeln The Serpent and the Rainbow . James Ellroy inkluderar "blowfish toxin" som en ingrediens i haitiska Vodou -förberedelser för att producera zombieism och förgiftningsdödsfall i sin mörka, oroande, våldsamma roman Blood's a Rover . Men denna teori har ifrågasatts av det vetenskapliga samfundet sedan 1990-talet baserat på analytisk kemi -baserade tester av flera preparat och granskning av tidigare rapporter (se ovan).

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tetrodotoxin&oldid=1141809998 "