När världen står inför förlusten av ett häpnadsväckande antal arter av djur och växter till fara och utrotning, har en forskare vid University of Michigan ett brådskande budskap:Kemister och farmaceuter bör vara nyckelspelare i ansträngningar för att bevara arter.

"Medicinell kemi expertis behövs desperat på utrotningens frontlinjer", säger Timothy Cernak, biträdande professor i medicinsk kemi vid U-M College of Pharmacy. "Djur dör i häpnadsväckande takt, men det behöver de inte. Modern biovetenskap har uppnått enorma genombrott för att behandla sjukdomar hos människor, och samma mediciner, och vetenskapen bakom dem, kan användas i naturen."

Lokala och globala ansträngningar för att minska miljöskador pågår, men de är för långsamma för att rädda de många sjuka populationerna i det vilda, sade han.

"Vi är mitt uppe i en massutrotning. Vi jagar massutrotningar runt om i världen. Låglandsgorillor, argentinska pingviner, akikiki-fågeln på Hawaii, sköldpaddor i Florida. Listan fortsätter, och många dyrbara växter är också hänger i en tråd", sa han. "Så det är avgörande att ta med kraften hos moderna läkemedel och doseringsexpertisen inom läkemedelskemin i bevarandeinsatser."

Cernak och ett team av unga forskare, inklusive en lokal gymnasieelev, argumenterar för att etablera och vårda det framväxande området för konserveringsmedicin i en forskningsartikel publicerad i Journal of Medicinal Chemistry .

"Det är hård kärnvetenskap. Det tar med linsen av medicinsk kemi och moderna läkemedel in i samtalet för att rädda andra arter," sa Cernak. "Drivana bakom den nuvarande massutrotningen inkluderar förlust av livsmiljöer, global uppvärmning och överskörd, men en specifik grundorsak - vildsjukdomar - verkar mogen för ingripande. Medicinsk kemi är den interventionen."

Cernak, i en av många roller och forskningsprojekt, tar emot prover på döda och sjuka arter från hela världen. Med hjälp av samma metoder och modeller som används för att hitta föreningar som fungerar mot mänskliga sjukdomar, testar hans labb vid U-M, som nyligen tog en veterinär ombord, kemiska föreningar på prover för att se vilka som svarar på sjukdomsframkallande organismer. Ett stort fokus är svamp, den enskilt största mördaren av amfibier.

I sin uppsats föreslår författarna en ny roll för kemi och farmaci i frontlinjen för att förhindra utrotning. "En långsiktig lösning på massutrotning är att åtgärda klimatförändringar och förlust av livsmiljöer med hjälp av ny teknik och ny policy. Som ett bandage på kort sikt behövs kemi i tjänst för utrotningshotade arter.

"Läkemedelskemister som är intresserade av att förhindra utrotning uppmuntras att prata med djurskötare, skogsbrukare, veterinärer, entomologer, vilda djurrehabilitatorer och naturvårdare för att lära sig om utmaningarna och lösningarna där bevarandemedicin kan påverka och att dela med sig av sin visdom från frontlinjen av läkemedelsupptäckt. ."

Cernak driver på för ett nytt, slagkraftigt vetenskapsområde.

"På den högre nivån är mitt uppdrag att låta läkemedelsföretag vara involverade i det här utrymmet och unga forskare ser detta som det område de vill gå in på - ett område som egentligen inte existerar just nu", sa han. "Ett mer omedelbart mål är att samla in pengar och mer forskning när fältet och värdet av fältet etableras."

Från dödliga svampar som decimerar panamanska gyllene grodor, cancertumörer som dödar oäkta sköldpaddor och de många skadedjur och sjukdomar som plågar växter som hemlockträdet, det finns ingen brist på utmaningar för bevarandemedicin att ta itu med.

En av dessa utmaningar kan vara att förhindra att en sjukdom hotar folkhälsan.

"I januari dog 96 % av sjölejonvalparna i Argentina i januari av fågelinfluensan. Om den når människor, vad ska vi göra?" sa Cernak. "Det kan bara finnas fem akikiki-sångfåglar kvar i naturen. De dör av malaria och pox, sjukdomar som kan behandlas hos människor."

Att studera vilda djursjukdomar kan också ge viktiga insikter till läkemedelskemister som fokuserar på människors hälsa, sade han, och möjligen ett nytt paradigm där läkemedelsutveckling och doseringsmodeller, som för närvarande tränas hårt på farmakokinetik hos gnagare, kan diversifieras.

"Problemet är att naturvårdare som desperat försöker behandla och rädda minskande befolkningar för ofta inte är utrustade med den senaste farmaceutiska vetenskapen och verktygen," sade han. "Med tanke på nuvarande kunskapsluckor kanske de inte vet vilket läkemedel som fungerar bäst eller vilken rätt dosering kan vara för en hotad art."

Att ta med kemister och farmaceuter i bevarandefållan är inte menat att förminska veterinärer och naturvårdsgrupper, utan att blanda deras erfarenhet och expertis och uppnå samma mål att rädda liv – och ekosystemet, sa Cernak.

"Modern medicin kan förhindra utrotning av utrotningshotade arter. Vilda sjukdomar är en viktig drivkraft för den nuvarande massutrotningen, men terapeutiska ingrepp i icke-mänskliga arter är fortfarande dåligt förstådda", sade han. "I djurparker, botaniska trädgårdar och djurrehabiliteringscenter kan många sjukdomar behandlas, men förståelsen för medicin för utrotningshotade arter ligger långt efter vår nuvarande förståelse av humanmedicin."

Just nu forskar Cernaks labb inte bara på snabbare och säkrare läkemedelsutveckling för människor utan testar också de panamanska guldgrodorna som drabbats av en svamp som hotar deras existens.

Cernak stöder Centers for Disease Control and Preventions koncept One Health, som erkänner sambandet mellan människors, djurs och miljöns hälsa.

"Vi ser på växter och djur på samma sätt," sa han. "Konceptet med One Health Pharmacy - växter, människor och djur - är att vi behandlar alla som är sjuka eller i behov."

Cernaks labb har utvecklat användningen av artificiell intelligens och annan teknik för att påskynda processen för upptäckt av läkemedel. Han sa att det bara ökar möjligheterna att hjälpa djur och växter förr än senare.

"Att effektivisera upptäckten av läkemedel och jordbrukskemikalier med automatisering och artificiell intelligens kommer sannolikt att inleda en framtida era av accelererade medicinska uppfinningar som är skräddarsydda för specifika patientpopulationer", skrev Cernak och team i sin uppsats.

"Även om det fortfarande kan vara decennier bort, kan man föreställa sig en framtid där det är möjligt att mata en chatbot-prompter som, "Uppfinna en endos antiviral för elefantendoteliotropt herpesvirus med optimala farmakokinetiska egenskaper för asiatiska elefanter." Spännande tillämpningar av medicinsk kemi på hotade och hotade arter börjar ge hopp."

Mer information: Tesko Chaganti et al, Medicinal Chemistry Gone Wild, Journal of Medicinal Chemistry (2024). DOI:10.1021/acs.jmedchem.3c02334

Journalinformation: Journal of Medicinal Chemistry

Tillhandahålls av University of Michigan