Kilkakrotnie pisałem już o tym, jak wielką inspiracją dla badaczy coraz częściej jest natura. Pomimo zaawansowania chemii organicznej i bioorganicznej, a także inżynierii materiałowej (i inżynierii w ogóle), najlepsze pomysły wciąż pochodzą ze świata ożywionego: gdzie nierzadko przetestowane zostały przez wiele milionów lat ewolucji, więc i nie ma się co wstydzić, że na pewno rozwiązania nie wpadliśmy sami znacznie szybciej.
Klasycznym przykładem tutaj jest na przykład wykorzystywanie sieci pajęczej – a ściślej rzecz ujmując, spidroiny, czyli białka budującego tę sieć, które odpowiada za jego niesamowitą wytrzymałość (o kilku ciekawych pomysłach, takich jak zastąpienie materiałem z pajęczej sieci kevlaru, a także o sposobie na masowe produkowanie takiego materiału przez transgeniczne kozy, wspominałem już kilka lat temu). Opisywałem także na łamach nic prostszego inny pajęczy produkt – 2-pirolidon – który przez pająki wykorzystywany jest jako owadzi repelent, tzn. do odstraszania owadów, w szczególności mrówek, które mają tendencję do zapuszczania się na pajęczą sieć i podkradania pajęczej zdobyczy.
Chociaż taka chemiczna płodność nie ogranicza się tylko do pająków, trzeba powiedzieć, że ilość inspiracji, jaką czerpiemy ze świata owadów, jest imponująca. W maju opisywałem shrilk: materiał będący kompozytem chitozanu, pochodzącego z krewetek1 (z ang. shrimp), oraz z otrzymanej z jedwabiu (ang. silk) fibroiny. Materiał ten wykazuje niesamowitą wprost wytrzymałość i jest przykładem geniuszu natury, połączonego z wytrwałą i metodyczną pracą naukowców. Shrilk ma potencjał bowiem niebywały. Ma niską gęstość (tzn., że jest lekki), bardzo niski koszt produkcji, i oba jego komponenty zostały już zaakceptowane przez FDA do celów medycznych, co oznacza, że już wkrótce może rewolucjonizować medycynę.
Shrilk jest materiałem jednak dość chemicznie skomplikowanym (prostym do otrzymania głównie dlatego, że jego syntezę odwalają za nas krewetki i jedwabniki). Dzisiaj wrócimy więc do chemii znacznie prostszej – i wciąż owadziej. Nie dalej jak dwa miesiące temu PLoS ONE opublikował pracę grupy badaczy greckich (dowodząc, że z Grecją nie jest aż tak źle, jak na to wygląda), w której opisali swoje badania związku wydzielanego przez pszczoły: 2-heptanonu.
2-heptanon jest wydzielany z gruczołów żuchwowych dorosłych pszczół miodnych: i im starsze pszczoły, tym więcej substancji produkują (oczywiście aż do osiągnięcia pewnego maksimum). Chociaż sama zdolność do syntezy tej substancji jest dobrze znana, jej rola – już nie jest. Niektórzy naukowcy dywagują, że być może 2-heptanon pełni rolę obronnego feromonu alarmującego pszczoły-żołnierzy o zagrożeniu dla roju. Inna hipoteza głosi, że heptanon to znacznik pozostawiany na kwiatach tak, aby pszczoły wiedziały, które zostały już odwiedzone i nie mają więcej nektaru do zebrania. Pierwszej hipotezy, pomimo prób, nie udało się jednak potwierdzić. Druga jest równie mało prawdopodobna, gdyż heptanon jest zbyt lotny, aby móc być stosowanym do trwałego oznaczania czegokolwiek.
Autorzy pracy w PLoS ONE zaobserwowali jednak, że pasożyty takie jak larwy motyla barciaka mniejszego lub Varroa destructor (jeden z podejrzanych w sprawie wymierania pszczół, o czym pisałem tutaj) przy próbach atakowania uli były, przez krótki okres po ugryzieniu przez pszczoły, sparaliżowane. Badacze postawili więc nową hipotezę: być może 2-heptanon działa po prostu jako anestetyk?
Tutaj dość ciekawym doświadczeniem było porównanie zachowania (mierzonego ruchliwością) larw barciaka ugryzionego przez pszczołę, a także poddanego symulowanemu „ugryzieniu”, w trakcie którego poddano mu 2-heptanon oraz lidokainę. Jak widać na ilustracji poniżej, larwy odżywają najszybciej po prawdziwym ugryzieniu pszczoły, ale jest to po prostu spowodowane dawką heptanonu: na nogach, przysłowiowo i dosłownie (tzn. nie dosłownie, bo to larwa było nie było), larwa jest już po 15 minutach. W przypadku symulowanego ugryzienia z wstrzyknięciem heptanonu powrót ruchliwości nastąpił po okresie 5 razy dłużyszym, a po wstrzyknięciu lidokainy – po okresie 25 razy dłuższym!
Podobne doświadczenia na Varroa dały dosyć podobne wyniki. Potwierdzenie działania anestetycznego na pszczelich pasożytach posłużyło jako punkt wyjścia do dalszych badań. Skoro bowiem 2-heptanon działa jak anestetyk na owadach, to czy możliwe jest zastosowanie go w tym samym celu u ssaków (docelowo u bardzo konkretnego ssaka)? Autorzy przeprowadzili kolejną serię eksperymentów mających na celu sprawdzenie wpływu tej substancji na komórki nerwowe ssaków – w tym przypadku chomików i szczurów. Przetestowali też, obok lidokainy i 2-heptanonu, całą masę izomerów heptanonu – zasadniczo związków o bardzo podobnej strukturze, w których łańcuch węglowy był krótszy/dłuższy o jeden lub dwa atomy węgla, zaś atom tlenu zmieniał położenia na łańcuchu czasem będąc bliżej jego końca, czasem zaś bliżej środka. Okazało się jednak, że spośród przebadanych substancji 2-heptanon, chociaż kilka razy słabszy w działaniu niż lidokaina, jest wciąż najsilniej działającym anestetykiem.
Od pokazania działania 2-heptanonu jako anestetyka na wyizolowanych szczurzych nerwach do jego aplikacji w izbach przyjęć na pacjentach droga jest jeszcze daleka. Pierwsze wyniki badań Greków sugerują jednak, że może to być pasjonujący kierunek badań, skutkiem których będą substancje znieczulające znacznie mniej toksyczne od stosowanych obecnie. A póki co możemy tylko ubolewać, że pszczoły 2-heptanon swoim przeciwnikom wstrzykiwują przy ugryzieniach, a nie przy użądleniach – bo gdyby robiły to w obu przypadkach pszczele ataki byłby o tyleż mniej bolesne…
1. Zdaję sobie oczywiście sprawę z tego, że krewetki nie są owadami. Za to jedwabniki są, więc niechże będzie shrilk sklasyfikowany jako produkt owadzi.
2. Papachristoforou, A., Kagiava, A., Papaefthimiou, C., Termentzi, A., Fokialakis, N., Skaltsounis, A., Watkins, M., Arnold, G., & Theophilidis, G. (2012). The Bite of the Honeybee: 2-Heptanone Secreted from Honeybee Mandibles during a Bite Acts as a Local Anaesthetic in Insects and Mammals PLoS ONE, 7 (10) DOI: 10.1371/journal.pone.0047432
nic prostszego 