En skorpion som är infödd i östra Mexiko kan ha mer än bara toxin i sticket. Forskare vid Stanford University och i Mexiko har funnit att giftet också innehåller två färgförändrande föreningar som kan hjälpa till att bekämpa bakterieinfektioner.

Teamet isolerade inte bara föreningarna i skorpionens gift, men också syntetiserade dem i labbet och verifierade att de labbtillverkade versionerna dödade stafylokocker och läkemedelsresistenta tuberkulosbakterier i vävnadsprover och i möss.

Resultaten, publicerades i numret av tidskriften den 10 juni Proceedings of the National Academy of Sciences , lyfta fram de potentiella farmakologiska skatterna som väntar på upptäckt i skorpions toxiner, ormar, sniglar och andra giftiga varelser.

"I volym, skorpiongift är ett av de mest värdefulla materialen i världen. Det skulle kosta 39 miljoner dollar att producera en gallon av det, " sade seniorförfattaren Richard Zare, som ledde Stanford-gruppen. "Om du bara var beroende av skorpioner för att producera den, ingen hade råd, så det är viktigt att identifiera vilka de kritiska ingredienserna är och att kunna syntetisera dem."

Mjölkande skorpioner

Zare arbetade med sina kollegor i Mexiko, inklusive Lourival Possani, en professor i molekylär medicin vid National University of Mexico, vars elever fångade exemplar av skorpionen Diplocentrus melici för studier.

"Insamlingen av denna art av skorpion är svår eftersom under vintern och torra årstider, skorpionen är begravd, " sade Possani. "Vi kan bara hitta det under regnperioden."

De senaste 45 åren, Possani har fokuserat på att identifiera föreningar med farmakologisk potential i skorpiongift. Hans grupp har tidigare upptäckt potenta antibiotika, insekticider och anti-malariamedel gömda i spindeldjurets gift.

När de mexikanska forskarna mjölkade giftet från D. melici – en process som går ut på att stimulera svansen med milda elektriska pulser – märkte de att giftet ändrade färg, från klar till brunaktig, när den exponerades för luft.

När Possani och hans labb undersökte denna ovanliga färgförändring, de hittade två kemiska föreningar som de trodde var ansvariga. En av föreningarna blev röd när den exponerades för luft, medan den andra blev blå.

För att ta reda på mer om varje förening, Possani nådde ut till Zares grupp på Stanford, som har ett rykte om att identifiera och syntetisera kemikalier.

Med bara ett litet prov av giftet, Stanfords postdoktorala forskare Shibdas Banerjee och Gnanamani Elumalai kunde räkna ut den molekylära strukturen för de två föreningarna. "Vi hade bara 0,5 mikroliter av giftet att arbeta med, sa Zare, som är Marguerite Blake Wilbur professor i naturvetenskap vid Stanfords School of Humanities and Sciences. "Detta är tio gånger mindre än mängden blod som en mygga kommer att suga i en enda portion."

Genom att använda ledtrådar från att köra föreningarna genom olika kemiska analystekniker, forskarna från Stanford drog slutsatsen att de färgförändrande ingredienserna i giftet var två tidigare okända bensokinoner - en klass av ringliknande molekyler som är kända för att ha antimikrobiella egenskaper.

Bensokinonerna i skorpiongiftet verkade vara nästan identiska med varandra. "De två föreningarna är strukturellt besläktade, men medan den röda har en syreatom på en av sina grenar, den blå har en svavelatom, sa Banerjee.

Gruppen bekräftade föreningarnas strukturer när, genom många försök och misstag, de lärde sig att syntetisera dem. "Många av reaktionerna du skriver på papper som verkar fungera fungerar faktiskt inte när du provar dem i labbet, så du måste ha tålamod och ha många olika idéer, " sa Stanford MD-Ph.D. doktorand Shyam Sathyamoorthi, som ledde syntesarbetet.

Läkemedelspotential

Zares labb skickade en sats av de nysyntetiserade bensokinonerna till Rogelio Hernández-Pando, en patolog vid Salvador Zubirán National Institute of Health Sciences and Nutrition i Mexico City, vars grupp testade de labbtillverkade föreningarna för biologisk aktivitet.

Hernández-Pandos grupp fann att den röda bensokinonen var särskilt effektiv för att döda de mycket infektiösa stafylokockbakterierna, medan den blå var dödlig för både normala och multiresistenta stammar av tuberkulosframkallande bakterier.

"Vi fann att dessa föreningar dödade bakterier, men då blev frågan 'kommer det att döda dig? också?'" sa Zare. "Och svaret är nej:Hernández-Pandos grupp visade att den blå föreningen dödar tuberkulosbakterier men lämnar slemhinnan i lungorna i möss intakt."

Possani sa att de antimikrobiella egenskaperna hos föreningarna kanske inte hade upptäckts om Zares grupp inte hade räknat ut hur man skulle syntetisera det, vilket gör att den kan produceras i större kvantiteter. "Mängden giftkomponenter vi kan få från djuren är extremt låg, " Sa Possani. "Syntesen av föreningarna var avgörande för framgången för detta arbete."

Stanford och mexikanska forskarna planerar ytterligare samarbeten för att avgöra om de isolerade giftföreningarna kan omvandlas till droger och även varför de finns i giftet i första hand.

"Dessa föreningar kanske inte är den giftiga komponenten i giftet, ", sade Zare. "Vi har ingen aning om varför skorpionen gör dessa föreningar. Det finns fler mysterier."