Revisión: Uso de la proteómica en el estudio de los venenos de las serpientes

Revisión: Uso de la proteómica en el estudio de los venenos de las serpientes.

David Gómez Mesa

Introducción

El veneno de las serpientes es un caracter que ha estado evolucionando durante unos 200 millones de años [1], siendo moldeado para ser compuesto por moléculas con alta actividad biológica, entre las cuales se encuentran péptidos cortos, enzimas con capacidad catalítica y diversidad de proteínas. En la actualidad, se estima que estos sistemas de veneno están presentes en 2500 de 3000 especies de serpientes, los cuales tienen componentes similares estructuralmente pero con gran variabilidad funcional [1]. Estos hechos reflejan el gran potencial que tiene el estudio de dichos compuestos, hay una gran diversidad de ellos y han sido diseñados por la evolución para tener gran actividad biológica con alta eficiencia para cumplir tareas como inhibición, reconocimiento y adhesión a distintas moléculas importantes para el funcionamiento fisiológico de muchos organismos. De aquí se deriva el término Punto Caliente de Biodiversidad Molecular (Molecular Biodiversity Hotspot) el cual describe al veneno de las serpientes como una muestra con gran potencial de descubrimiento gracias a su variedad de constituyentes y formas [2].

Es por esto que el estudio de la composición, función y evolución de los venenos de estos reptiles es un tema que llama la atención de la comunidad científica para el desarrollo de distintas aplicaciones que pueden tener. A partir de ahí, surge la importancia de las técnicas desarrolladas recientemente para dilucidar los componentes, estructuras y actividades específicas de las proteínas presentes en cierta muestra [3]–[6].

Conocimiento actual sobre veneno de las serpientes

Tradicionalmente, el estudio del veneno de las serpientes ha estado enfocado en investigar la estructura y función de ciertas toxinas presentes en él, pero recientemente ciertos avances en algunos métodos han logrado un mejor análisis en detalle de la composición general de los venenos, y la abundancia relativa de dichos compuestos en la muestra [7]. Esto permite ilustrar factores como relaciones evolutivas de las serpientes y cómo se distribuyen geográficamente ciertas variedades de veneno [8], [9]. En general, los métodos que han permitido adquirir este gran avance son distintas técnicas de cromatografía (como RP-HPLC y HPLC) unido a variedades de espectrometría de masas (como LC-MS2 y MALDI-Tof-Tof) y electroforesis en gel [7], [9]. Todo esto ha permitido que hasta la fecha se encuentren publicados los proteomas de más de 100 especies de serpientes, hecho fundamental para el entendimiento de las relaciones evolutivas del desarrollo del veneno y con gran potencial aplicativo para las toxinas encontradas en áreas como la medicina [7].

Acercamiento a la composición general de los venenos

Hasta la actualidad, se han encontrado más de 63 familias de proteínas constituyentes de venenos de 132 especies de serpientes, aunque su composición se basa en mayoría por cuatro familias que dominan y seis secundarias. Las familias dominantes son las toxinas de tres dedos (3FTx), fosfolipasas A2 (PLA2), metaloproteasas (SVMP), serina proteasas (SVSP); y las familias secundarias son péptidos Kunitz (KUN), proteínas secretoras ricas en cisteína (CRiSP), L-aminoácido oxidasas (LAAO), lectina tipo C (CTL), desintegrinas (DIS), y péptidos natriuréticos (NP). [7]. Todas estas mantienen sus estructuras generales, pero cada familia incluye diversas proteínas con una gran gama de funciones posibles.

Un ejemplo de esto son las toxinas de tres dedos (3FTx), descritos como polipéptidos sin actividad enzimática, ricos en enlaces disulfuro y compuestos por 60-74 aminoácidos [10]. Esta familia de toxinas se encuentra representada, en su mayoría, en el veneno de las serpientes de la familia Elapidae (cobras, corales y serpientes marinas), con una gran diversidad de funciones y actividades fisiológicas que atraen la investigación con variedad de finalidades. Fry et al. (2003) analizaron 276 secuencias diferentes de 3FTx, y hallaron gran abundancia de propiedades funcionales ya descritas para estas proteínas, como neurotoxicidad con al menos 4 diferentes mecanismos de acción, bloqueo de canales de calcio, citotoxicidad, anticoagulación, inhibición de la acetilcolinesterasa, unión a los receptores muscarínicos de la acetilcolina, hipotensión, entre otros.

Todas estas actividades nombradas se encuentran dentro de una solo de las 63 familias de proteínas presentes en los venenos estudiados, los cuales representan apenas 132 especies de serpientes de las ~2500 existentes [7]. Por esto, hay una diversidad de componentes y actividades biológicas infinita sin estudiar que representa un inmenso potencial de aplicación para el desarrollo de productos farmacéuticos que pueden tener como base estas proteínas halladas en el veneno de las serpientes.

Aspectos evolutivos de la composición del veneno de las serpientes

Actualmente, se cuenta con algunas hipótesis que ayudan a explicar cómo evolucionó el veneno de las serpientes y de qué manera se ha dado su gran diversificación. Para esto, ha sido fundamental el análisis del cambio y las relaciones de la composición de dichos sistemas de veneno ya que en ellos se encuentran los patrones evolutivos que permiten dilucidar estos aspectos.

En uno de estos análisis, Hargreaves et al. (2014) demostraron que el mecanismo evolutivo por el cual el veneno se desarrolló en las serpientes involucra la duplicación y restricción de genes en las glándulas de veneno, con ayuda de la investigación de relaciones filogenéticas de distintas proteínas [11].

Otro ejemplo del papel que puede cumplir el análisis proteómico del veneno de las serpientes en aspectos evolutivos, es el estudio realizado por Lomonte et al. (2016) dentro del género Micrurus (serpientes corales) en América. Este describe una dicotomía en la composición del veneno de las serpientes de este clado, conteniendo en algunas especies gran abundancia de fosfolipasas A2 (PLA2) y en otras de toxinas de tres dedos (3FTx). Posteriormente, esta dicotomía mostró una relación que coincidía con el patrón evolutivo del género, con la distribución geográfica de sus especies en el continente y con la ruta de invasión de estas serpientes [9]. Lo cual es muestra de la posibilidad que da el estudio de estas sustancias para comprender relaciones evolutivas y patrones de diversificación [8].

La composición proteica tiene relaciones complejas y profundas con muchos factores de estudio de las serpientes como su ecología evolutiva, filogenética y diversidad, por lo que la proteómica aplicada en este campo puede tener grandes repercusiones para el desarrollo de otras áreas.

Aplicaciones médicas del estudio de la proteómica del veneno de las serpientes

Las mordeduras de serpientes pueden tener distintos signos y síntomas en los pacientes como parálisis, miólisis, hemorragias, daño renal, cardiotoxicidad y necrosis de tejido. Esto  muestra la capacidad de su veneno para afectar de distintas formas a varios sistemas del cuerpo, de donde se deriva el potencial terapéutico que ciertos componentes de estas sustancias pueden tener [3].

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