Submergit

1997/10/01 Pain, Stepahie Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Brian Bingham, jove doctorant nord-americà, preparava les seves maletes cada mes i viatjava a la zona de Florida Keys. Allí, en els manglars al voltant d'una petita illa erosionada per la mar, es podien trobar algunes de les colònies d'ascidia més belles que un biòleg marí pogués somiar. Les colònies creixien en les arrels llenties dels manglars i eren ideals per a investigar els creixements i les disminucions poblacionals de les ascidias. Per a trobar aquestes arrels en la seva pròxima visita, Bingham les marcava amb atenció amb una cinta fluorescent rosa. I cada mes treia fotos d'aquestes arrels, registrant també els petits canvis que van sofrir molts ascidias.

Una vegada, un dia de finals dels vuitanta, quan es va acostar al seu vaixell, Bingham va veure a un grup de bussejadors recollint les ascidias i ficant-les en les bosses. “Pensava que marquem clarament les arrels…”, diu Bingham. “Van dir que ells no es van assabentar. Van tornar a la barca i no vam saber més.”

De sobte, els exploradors de medicaments van començar a buscar la turbinata Ecteindia, una petita ascensió gens visible. Això va provocar el que els exploradors diuen “cops”. Els químics que busquen composts potencialment útils poden segrestar simultàniament milers d'extractes d'animals i plantes gràcies a l'automatització dels laboratoris. I Ecteinascidia va ser un triomf increïble. Es va comprovar que aquesta bossa aquosa de gelatina conté substàncies capaces de matar les cèl·lules cancerígenes de l'ésser humà.

Actualment, sota la direcció de la companyia espanyola PharmaMar, una d'aquestes substàncies químiques –743-ekteinaszidina– es troba en la primera fase d'assajos clínics en diversos països europeus. En aquests moments, els investigadors estan provant aquest compost amb els malalts terminals amb càncer per a veure com s'està afectant.

Poden transcórrer anys per a saber si serveix o no, però ja es va estenent la preocupació per l'impacte que aquesta recerca pot tenir en les poblacions de la dieta. Segons un químic del sector, en la zona de Florida Keys, prop d'una tona d'ascidia i altres dues tones del Carib han estat capturades fins avui pels bussejadors. “Al principi de la recerca no pensàvem que anava a convertir-se en un animal tan calent”, afirma avui Bingham, catedràtic de recerca ambiental de la Western Washington University.

Però la turbina Ecteinascidia no és l'únic objectiu. Després de molts anys buscant noves substàncies químiques en les selves de pluja, les companyies de medicaments estan retornant a la mar. En els últims anys, els exploradors han descobert altres tres estrelles possibles en la recerca del càncer: una llebre marina, una esponja i un briozoo. En cada cas, l'animal produeix un compost que ha arribat fins als assajos clínics o pre-clínics del càncer. La majoria de substàncies aparentment adequades no superen la primera o segona sessió.

Les noves tecnologies fan que els científics siguin capaços d'agrupar els éssers marins des de zones cada vegada més allunyades i que cada vegada siguin més precisos per a estudiar els efectes biològics de les seves substàncies químiques, la qual cosa probablement augmenta aquest tipus de “cops”. De fet, altres estrelles potencials ja estan en el camí (Veure el següent gran? Apartat b).

Això ha accentuat la preocupació per la sobreexplotació, però s'han posat en marxa accions per a trobar alternatives a les poblacions salvatges d'aquests éssers. Diversos investigadors estan dissenyant noves vies per al cultiu d'éssers marins aptes per a medicaments, obrint el camí dels vivers aquàtics per a medicaments. Uns altres tenen com a objectiu la producció artificial de substàncies químiques mitjançant l'ús de bacteris generats específicament per l'enginyeria genètica o cultius cel·lulars extrets d'organismes marins. “Aquestes substàncies han començat a entrar en hospitals, per la qual cosa ara hem de pensar en el seu ús sostenible”, afirma Ami Wright, químic de l'Institut Oceanogràfic Harbor Branch de Fort Pierce (Florida).

En la majoria dels casos la demanda sobrepassarà el que la població natural pot donar. “L'oceà és un recurs increïble per a les noves substàncies químiques”, afirma Bill Fenical, de l'Institut Oceanogràfic Scripps de la Jolla (Califòrnia). Una raó per a això és que molts invertebrats viuen units a una roca o escull i han de defensar-se de les seves preses i competidors per a aconseguir un lloc estable. En general, utilitzen verins forts per a allunyar als seus enemics. Molts éssers que poden nedar també semblen una caça fàcil per als seus predadors: són inerts i semblances, i sovint expressen la seva presència amb colors molt vius. També produeixen substàncies químiques tòxiques per a evitar la seva captura.

Però el que es pot evitar per als depredadors pot resultar molt atractiu per als exploradors de medicaments. La majoria dels medicaments utilitzats en l'actualitat contra el càncer són tòxics, basats en el principi que les cèl·lules tumorals de ràpid creixement han de morir abans que es produeixin excessius danys a les cèl·lules sanes. No obstant això, els investigadors de medicaments busquen constantment composts que impactin més directament les cèl·lules canceroses i produeixin menys efectes costals desagradables. S'espera que el 743-ekteinaszidina sigui un compost d'aquest tipus.

La majoria dels medicaments utilitzats en l'actualitat contra el càncer són tòxics, basats en el principi que les cèl·lules tumorals de ràpid creixement han de morir abans que es produeixin excessius danys a les cèl·lules sanes. No obstant això, els investigadors de medicaments busquen constantment composts que impactin més directament les cèl·lules canceroses i produeixin menys efectes costals desagradables.

El problema és que la majoria d'aquestes substàncies químiques només es troben en quantitats diminutes. En el cas d'Ecteinascidia, una tona d'animals és necessària per a aïllar el 743-ekteinaszidina en un gram. Ken Rinehart, que treballa en Urbana-Champaigne per a la Universitat d'Illinois (qui aïllava al compost al costat de Tom Holt en 1980), afirma que una persona necessita 5 grams de mitjana per a realitzar proves clíniques.

Si finalment el 743-ekteinaszidina s'accepta com a medicament, seran capaços les poblacions salvatges d'atendre la demanda? “Fins ara Ecteinascidia s'ha reunit de manera sostenible”, afirma Rinehart. “En els manglars del Carib es poden aconseguir tres collites a l'any. Tornen a créixer” Però no tots són tan optimistes. Segons Craig Young, expert en aquests animals d'Harbor Branch, les ascidias tornaran a créixer i proliferaran sexualment si els recollidors abandonen els estolones raicanos i atenen les ascidias. Però si els recollidors continuen tallant o traient completament les arrels de mangle que sustenten les colònies, serà molt difícil la seva recuperació.

El que tots desitgen és una font renovable de substàncies químiques. Al marge dels problemes ètics i ecològics que planteja l'explotació de l'oceà, no seria prudent confiar en aquestes poblacions que depenen de la naturalesa. Una població en ple creixement durant un any pot ser devastada a l'any següent per depredadors o malalties. En molts casos, el cost de la recollida de la matèria primera també és insuperable, sobretot si l'animal és de mar profunda. Segons Wright, “la gent no pot anar recollint material conduint un bussejador sense parar”.

Salmons i ostres

En un món ideal, els químics fabricarien medicaments en el laboratori. No obstant això, les estranyes característiques que fan d'aquestes substàncies químiques tan interessants dificulten la fabricació. Els químics han descobert com sintetitzar la dolasatina que sali del vèrtex marí, però altres compostos marins han estat impossibles. Segons Wright, “si no pots sintetitzar, has d'ensenyar a les companyies de medicaments d'on subministrar”.

Una estratègia, igual que els salmons i les ostres, és el cultiu d'animals. L'aqüicultura té molts avantatges respecte a la recollida de poblacions naturals. La recollida a través de la mar en moltes espècies pot tenir poca efectivitat, ja que no totes les poblacions disposen de la substància química desitjada. L'aqüicultura permet seleccionar animals productors de substàncies químiques i partir d'una població productiva.

El cultiu controlat també permet la manipulació d'animals per a augmentar la producció. Si una esponja, per exemple, emet una substància química tòxica per a desviar l'alga que pot asfixiar-la, una llum intensa que acceleri el creixement de les algues provocaria una major producció de substàncies químiques.

En la pràctica, no obstant això, el creixement dels animals també és un desafiament. La majoria dels éssers marins viuen en microhábitats molt especials i són molt exigents quant a condicions ambientals. Segons Wright, “l'aqüicultura d'invertebrats és un malson”. Per part seva, John Scarpa, el seu company, tracta de descobrir què pot empènyer l'ascidia a créixer i reproduir-se en els cultius. Scarpa ha aconseguit créixer de les larves als adults, però encara no els ha pogut reproduir. Mentrestant, tracta d'aconseguir paranys que permetin als animals produir més ecteinascidinas. “Estem treballant amb uns annexos per a veure si podem canviar la seva química per a obtenir un millor rendiment”, diu, “si un quilo d'organisme pot produir un gram de medicament en comptes d'un microgram, el cost d'aïllament de la substància química serà molt més eficient”.

Una de les estratègies de futur pot ser que les substàncies químiques no s'obtinguin de les ciències, sinó del platihelminto que mengen. Pseudoceros crozieri té ekteinaszidina en els teixits. Amb això, l'obtenció de la substància química seria més fàcil que de les ascidias aquàtiques.

Mentre que els aqüicultors encara tenen alguns problemes pendents en el creixement de l'Ecteinascidia, amb altres dues espècies han tingut millor sort. Al llarg de la costa sud de Califòrnia, la companyia CalBioMarine Tecknologies de Carlsbad està creixent un briozoo marró, la neritina Bugula, que es troba habitualment cobrint els dics. La bugula produeix 1-briostatina, la complexa lactona que actualment s'utilitza en les proves clíniques de pacients amb càncer als Estats Units.

La companyia CalBioMarine va iniciar el creixement dels briozoos en uns tancs situats en terra, però ara es concentren en la mar, reduint dràsticament el cost del menjar d'aquests éssers. El president de la companyia, Dominick Mendola, ha afirmat que “aquesta actitud és assenyada, ja que en la mar la naturalesa alimenta les colònies”. El primer pas és sembrar les larves Bugula com si fossin llavors, en plats de plàstic amb orificis. Quan les larves estan ben adherides, els plats s'emporten a la mar i es fixen en les safates apilades de dalt a baix en una torre submarina. La companyia va rebre la seva primera collita el passat estiu. Després de cinc mesos en la mar, els briozoos van créixer tan bé com les colònies naturals de la regió.

En un món ideal, els químics fabricarien medicaments en el laboratori. No obstant això, les estranyes característiques que fan d'aquestes substàncies químiques tan interessants dificulten la fabricació.

La segona història d'èxit ve de l'altre costat del Pacífic. Al voltant de la costa de Nova Zelanda, investigadors de l'Institut Nacional de Recerca Hidràulica i Atmosfèrica creixen un altre animal: L'esponja que produeix l'halicondrina B, agent anticancerígeno utilitzat actualment en proves pre-clíniques als Estats Units. L'esponja, una espècie recentment descoberta del gènere Lissodendoryx, habita a l'Illa Sud de Nova Zelanda, en una petita superfície d'un escull en la vora de Kaikoura Canyon, creix en afloraments rocosos d'entre 100 i 300 metres de profunditat. Segons Chris Battershill, líder del grup, “calculem que en la naturalesa només hi ha unes 300 tones”.

Les esponges són molt complicades per al seu creixement i les seves condicions són molt especials i exigents per a cada espècie. Battershill i el seu equip, a la recerca de la combinació per a produir l'halicondrina obtenint el millor rendiment, han tractat de créixer Lissodendoryxa en diferents profunditats i tipus d'estructures al voltant de la costa neozelandesa. “Si encertes, pots créixer les esponges en condicions artificials suficients”, explica Battershill. Lissodendoryxa, per exemple, és d'aigües profundes de mar oberta, però ara creix a menys de tres metres de profunditat a Wellington Harbour. Segons Battershill, “ara estem buscant tècniques per a augmentar la biosíntesi de l'halicondrina just abans de la collita”.

Hàbits lletjos

És indiferent l'èxit dels cultius marins, ja que els animals poden causar molèsties en forma de fàbriques químiques. No sempre fan el que tu vulguis. Tenen hàbits lletjos com emmalaltir o negar-se a reproduir-se. I els residus es generen en munts. Si s'aconsegueix conrear únicament cèl·lules que ho fan, seria de gran ajuda.

Harbor Branchen de Florida, Shirley Pomponi, del departament de recerca biomèdica marina, estudia quines esponges o ascidias produeixen substàncies químiques d'interès per al seu cultiu. Igual que els animals, les cèl·lules són bastant estrictes quant a condicions de creixement. I en general, el creixement de les cèl·lules dels invertebrats és més difícil que el dels mamífers. No obstant això, amb l'ajuda de certs factors de creixement i substàncies químiques, l'equip de Pomoni ha aconseguit dividir diverses vegades les cèl·lules de les esponges i produir la substància química desitjada. Misteriosament, aquests invertebrats primitius semblen respondre a factors de creixement i hormones dels mamífers. Ningú sap per què, però per exemple, les cèl·lules de les esponges responen a la insulina de la mateixa manera que els mamífers, sintetitzant les proteïnes i l'ADN necessaris per a la divisió cel·lular.

No obstant això, és difícil aconseguir que les cèl·lules herbàcies continuïn fragmentant-se. “Després d'algunes divisions es detenen”, afirma Pomponi. “I només produeixen les substàncies químiques que volem que estiguin actives”. Després de superar aquest problema, Pomponi té l'esperança de créixer cèl·lules d'altres espècies marines que poden produir noves substàncies químiques per a la ciència.

En alguns casos aquests animals poden ser complementaris. A pesar que la recerca es troba en els primers passos, es constata que algunes substàncies d'interès trobades en els extractes d'invertebrats marins són causades per bacteris que viuen a l'interior o sobre els animals. Els bacteris marins són bastant diferents a les dels membres de la terra. Alguns tenen brom o altres halògens que no són útils per als éssers terrestres. Això ofereix possibilitats de química creativa i explica per què els microbis marins d'estructura mai vista fins ara produeixen.