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La farmacogenética: un fármaco para cada persona

¿Quién no ha escuchado a alguien quejarse de que los medicamentos recetados por los médicos no le hacen nada? ¿Puede ser cierto esto? No todos los fármacos sirven para la misma población. Sigue leyendo y descubre los secretos de la farmacogenética. 

INTRODUCCIÓN

Lo mismo que sucede con los nutrientes, pasa con los fármacos. Otro de los objetivos de la medicina personalizada es hacernos ver que no todos los medicamentos sirven para todas las personas. Sin embargo, no nos viene de nuevo porque hacia 1900, el médico canadiense William Osler reconoció que existía una variabilidad intrínseca y propia de cada individuo, de forma que cada uno reacciona de forma diferente ante un fármaco. Es así como años más tarde definiríamos la farmacogenética.

Es importante señalar que no es lo mismo que la farmacogenómica, la cual estudia las bases moleculares y genéticas de las enfermedades para desarrollar nuevas vías de tratamiento.

Antes de todo necesitamos empezar por el principio: ¿qué es un fármaco? Pues bien, un fármaco es toda sustancia fisicoquímica que interactúa con el organismo y lo modifica, para tratar de curar, prevenir o diagnosticar una enfermedad. Es importante saber que los fármacos regulan funciones que hacen nuestras células, pero no son capaces de crear nuevas funciones.

A parte de conocer si un fármaco es bueno o no para una persona, también se tiene que tener en cuenta la cantidad que se debe administrar de él. Y es que todavía no conocemos el origen de todas las enfermedades, es decir, desconocemos la mayoría de las causas moleculares y genéticas reales de las enfermedades.

La clasificación de las enfermedades se basa principalmente en síntomas y signos y no en las causas moleculares. A veces, un mismo grupo de patologías es agrupado, pero entre ellos existe una base molecular muy diferente. Esto comporta que la eficacia terapéutica sea limitada y baja. Frente a los fármacos, podemos manifestar una respuesta, una respuesta parcial, que no nos produzca ningún efecto o que el efecto sea tóxico (Figura 1).

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Figura 1. Efectividad y toxicidad de un fármaco en la población. Los diferentes colores muestran las diferentes respuestas (verde: efectivo y seguro; azul: seguro, pero no efectivo; rojo: tóxico y no efectivo; amarillo: tóxico, pero efectivo) (Fuente: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LOS FÁRMACOS EN NUESTRO CUERPO

Los fármacos acostumbran a hacer el mismo recorrido por nuestro cuerpo. Cuando nos tomamos un fármaco, normalmente por vía digestiva, éste es absorbido por nuestro cuerpo y va a parar al torrente sanguíneo. La sangre lo distribuye a los tejidos diana donde tiene que hacer efecto. En este caso hablamos de fármaco activo (Figura 2). Pero esto no siempre es así, sino que a veces necesita activarse. Es entonces cuando hablamos de profármaco, el cual necesita hacer escala en el hígado antes de aterrizar al torrente sanguíneo.

La mayoría de las veces, el fármaco que ingerimos es activo y no necesita pasar a visitar al hígado.

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Figura 2. Diferencia entre un profármaco y un fármaco activo (Fuente: Agent of Chemistry – Roger Tam)

Una vez el fármaco ya ha ido al tejido diana y ha interactuado con las células en cuestión, se producen desechos del fármaco. Estos desechos continúan circulando por la sangre hasta llegar al hígado, quien los metaboliza para expulsarlos por una de las dos vías de expulsión: (i) la bilis y excreción junto con los excrementos o (ii) la purificación de la sangre por los riñones y la orina.

LA IMPORTANCIA DE LA FARMACOGENÉTICA

Un claro ejemplo de cómo según los polimorfismos de la población habrá diferente variabilidad de respuesta lo encontramos en los genes transportadores. La glicoproteína P es una proteína situada en la membrana de las células, que actúa como bomba de expulsión de xenobióticos hacia el exterior de la célula, es decir, todos los compuestos químicos que no formen parte de la composición de los organismos vivos.

Los humanos presentamos un polimorfismo que ha sido muy estudiado. Dependiendo del polimorfismo que posea cada individuo, la proteína transportadora tendrá una actividad normal, intermedia o baja.

En una situación normal, la proteína transportadora produce una excreción bastante alta del fármaco. En este caso, la persona es portadora del alelo CC (dos citosinas). Pero si sólo tiene una citosina, combinada con una timina (ambas son bases pirimidínicas), la expresión del gen no es tan buena y la actividad de expulsión es menor, dando una situación intermedia. En cambio, si una persona presenta dos timinas (TT), la expresión de la glicoproteína P en la membrana de la célula será baja. Esto supondrá una menor actividad del gen responsable y, consecuentemente, mayor absorción en sangre ya que el fármaco no es excretado. Este polimorfismo, el polimorfismo TT, es peligroso para el paciente, ya que pasa mucho fármaco a la sangre, resultando tóxico para el paciente. Por lo tanto, si el paciente es TT la dosis tendrá que ser menor.

Este ejemplo nos demuestra que conociendo el genoma de cada individuo y cómo actúa su código genético en base a él, podemos saber si la administración de un fármaco a un individuo será la adecuada o no. Y en base a esto, podemos recetar otro medicamento que se adapte mejor a la genética de esta persona.

APLICACIONES DE LA FARMACOGENÉTICA

Las aplicaciones de estas disciplinas de la medicina de precisión son muchas. Entre ellas se encuentran optimizar la dosis, escoger el fármaco adecuado, dar un pronóstico del paciente, diagnosticarlos, aplicar la terapia génica, monitorizar el progreso de una persona, desarrollar nuevos fármacos y predecir posibles respuestas adversas.

Los progresos que han tenido lugar en la genómica, el diseño de fármacos, terapias y diagnósticos para las diferentes patologías, han avanzado notablemente en los últimos años, y ha dado paso al nacimiento de una medicina más adaptada a las características de cada paciente. Nos encontramos, por lo tanto, en el umbral de una nueva manera de entender las enfermedades y la medicina.

Y esto se produce en una época en la que se quiere dejar atrás el mundo de pacientes que ante una dolencia o malestar son atendidos y diagnosticados de la misma forma. Por rutina, se les prescriben los mismos medicamentos y dosis. Por este motivo ha surgido la necesidad de una alternativa científica que, basada en el código genético, ofrece tratar al enfermo de manera individualizada.

REFERENCIAS

  • Goldstein, DB et al. (2003) Pharmacogenetics goes genomic. Nature Review Genetics 4:937-947
  • Roden, DM et al. (2002) The genetic basis of variability in drug responses. Nature Reviews Drug Discovery 1:37-44
  • Wang, L (2010) Pharmacogenomics: a system approach. Syst Biol Med 2:3-22
  • Ramos, M. et al. (2017) El código genético, el secreto de la vida. RBA Libros
  • Foto portada: Duke Center for Applied Genomics & Precision Medicine

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Peligro, ¡mamíferos venenosos!

Solemos asociar a las serpientes, arácnidos, medusas, etc. como los animales venenosos por excelencia, pero ¿sabías que también existen mamíferos venenosos? En este artículo descubriremos cuáles son y la naturaleza y uso de sus venenos.

EL ORNITORRINCO

El ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus) el más famoso entre los mamíferos venenosos, y no sólo por esta característica. Con un pico parecido a un pato y reproducción ovípara (que pone huevos), cuando fue descubierto  algunos científicos pensaban que era un fraude.

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Ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus). Foto de Jonathan Munro

Pertenecen al orden de los monotremas, que significa literalmente “un solo orificio” en alusión a la cloaca, el final del aparato digestivo y reproductor. Algunos biólogos evolutivos se refieren a ellos como el “eslabón perdido” entre reptiles y mamíferos, pues presentan características de ambos grupos.  Los monotremas son los únicos mamíferos que ponen huevos, pero su cuerpo está cubierto de pelo y las crías se alimentan de la leche materna. Se distribuyen por Australia, Tasmania y Nueva Guinea.

Los ornitorrincos tienen un espolón en las patas traseras, que sólo en el caso de los machos, libera veneno producido por las glándulas crurales (situadas en la pierna). El macho lo utiliza principalmente para defender su territorio y establecer su dominancia durante la época de apareamiento, aunque si  es molestado también lo usa como defensa.  Este veneno es capaz de matar a animales pequeños, incluso a perros, y provocar un dolor intenso e hinchazón en los humanos. Este dolor puede durar días o meses según el caso.

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Espolón en la pata trasera de un ornitorrinco. Foto de E. Lonnon

Las toxinas son cuatro proteínas, tres de las cuales son exclusivas del ornitorrinco. Son parecidas a las defensinas (DLP, defensin-like proteins). Se trata de proteínas de tipo globular, pequeñas y compactadas, que participan en la activación de los receptores del dolor. El conocimiento de cómo actuan estas toxinas, de especial interés porque provocan un dolor duradero e intenso, puede abrir nuevas vías en la síntesis de fármacos analgésicos.

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Equidna de nariz corta (Tachyglossus aculeatus). Foto de Tony Britt-Lewis

Los equidnas (familia Tachyglossidae) completan el orden de los monotremas junto con el ornitorrinco; en consecuencia también son ovíparos. La familia está formada por cuatro especies, con la característica común de tener el cuerpo cubierto por pelo denso y espinas. Son principalmente insectívoros especializados en hormigas y termitas (mirmecófagos).

Igual que los ornitorrincos, también poseen espolones detrás de las rodillas, pero sus secreciones no son venenosas. Las utilizan como sustancias para marcar su territorio, segun los últimos estudios.

LORIS PEREZOSOS

Como vimos en un artículo anterior, los loris son primates del suborden de los prosimios. Son nocturnos, arborícolas y se alimentan principalmente de insectos, vegetales y frutas. Los loris perezosos (género Nycticebus), originarios del sureste asiático, son los únicos primates venenosos. Poseen glándulas venenosas en los codos (glándula braquial), y se distribuyen el veneno por el cuerpo con los brazos y la lengua, el cual también puede unirse a la saliva y transmitirse por mordeduras.

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Loris pigmeo (Nycticebus pigmaeus). Foto de Ch’ien C. Lee

En este caso el veneno es utilizado como defensa ante sus depredadores, lo que les provoca dolor, inflamación, necrosis (muerte celular) en la zona  de la mordedura, hematuria (sangre en orina) o en algunos casos shocks anafilácticos (reacción alérgica) que pueden conducir a la muerte, incluso en humanos (algunos están amenazados por su comercialización ilegal como mascotas y en la medicina tradicional china). El veneno también sirve de protección para las crías, ya que al ser lamidas por sus progenitores la secreción venenosa se distribuye por todo el pelaje. El hecho de ser venenosos, insólito dentro de los primates, puede ayudar a contrarrestar las desventajas de sus lentos movimientos. El exudado de las glándulas, igual que en los equidnas, también puede dar información olfativa de rango y territorio entre individuos de loris (Hagey et al., 2007).

Loris de Kayan (Nycticebus kayan). foto de Ch'ien C. Lee
Loris de Kayan (Nycticebus kayan). Foto de Ch’ien C. Lee

Las toxinas son de tipo polipeptídico que se generan al mezclarse la secreción glandular con la saliva y un esteroide no identificado. La secreción es parecida al alérgeno Fel d 1, que se encuentra en el gato doméstico y provoca alergias en humanos (Hagey et al., 2006; Krane et al., 2003).

Se cree incluso que los loris perezosos han convergido evolutivamente con las cobras, por su comportamiento defensivo cuando se encuentran amenazados, silbando y levantando sus brazos alrededor de su cabeza (Nekaris et. al, 2003).

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Mimetismo entre loris y cobras. 1. Lori de Java, 2 y 3. Cobra de anteojos, 4. Lori de Bengala. Foto de Nekaris et. al.

En el siguiente vídeo un lori perezoso es molestado y silba como una serpiente mientras trata de morder:

 EL SOLENODONTE O ALMIQUÍ

Se trata de pequeños mamíferos nocturnos parecidos a las musarañas y básicamente insectívoros que habitan en las Antillas. El solenodonte de La Española (Solenodon paradoxus) habita en la isla del mismo nombre (República Dominicana y Haití) mientras que el almiquí de Cuba (Solenodon cubanus) se distribuye por Cuba. Se les considera fósiles vivientes ya que presentan características primitivas similares a las que poseían los mamíferos del final de la Era Secundaria (reinado de los dinosaurios).

solenodonte de La Española (Solenodon paradoxus
Solenodonte de La Española (Solenodon paradoxus). Foto de Eladio M. Fernández.

A diferencia del resto de mamíferos venenosos, la saliva tóxica se produce en unas glándulas debajo de la mandíbula (glándulas submaxilares), que es transportada por conductos hacia la parte delantera de la boca. Los segundos dientes incisivos tienen un surco donde se acumula la saliva tóxica para favorecer su entrada en las heridas.  Son pues los únicos mamíferos que inyectan veneno a través de sus dientes, de manera similar a las serpientes.

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Mandíbula inferior de Solenodon paradoxus mostrando el surco del incisivo. Foto de Phil Myers

La principal función de este veneno es inmovilizar a las presas que cazan, ya que además de insectos pueden atrapar pequeños vertebrados como reptiles, anfibios o aves.

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Almiquí de Cuba (Solenodon cubanus). Foto de Julio Genaro.

Evolutivamente, este veneno puede haberse desarrollado para mantener presas vivas pero inmóviles durante épocas de escasez, para ayudar en la digestión, minimizar el gasto de energía en la lucha durante la caza y enfrentarse a presas incluso el doble de grandes que ellos. Este veneno no es mortal para los humanos.

MUSARAÑAS Y MUSGAÑOS

La musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda), el musgaño patiblanco (Neomys fodiens) y el musgaño de Cabrera (Neomys anomalus) también poseen glándulas submaxilares como el solenodonte. Se distribuyen por Norteamérica (musaraña colicorta)  y Europa y Asia (musgaños), incluyendo la Península Ibérica.

Musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda). Foto de Gilles Gonthier.
Musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda). Foto de Gilles Gonthier.

La musaraña colicorta puede consumir hasta tres veces su peso de alimento al día. Su saliva es la más venenosa que existe y la usa para paralizar a sus presas, para comerlas o conservarlas vivas en períodos de escasez. Los musgaños mencionados son acuáticos y también almacenan sus presas inmovilizadas debajo de las rocas.

Musgaño (Neomys anomalus). Foto de rollin Verlinde.
Musgaño de Cabrera (Neomys anomalus). Foto de Rollin Verlinde.

Estos animales atacan desde atrás y muerden el cuello de sus presas para que el veneno actúe más rápidamente, ya que afecta el sistema nervioso central (neurotoxinas). El aparato respiratorio y vascular también resulta afectado y produce convulsiones, descoordinación de movimientos, parálisis e incluso la muerte de pequeños vertebrados.

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Musgaño patiblanco (Neomys fodiens). Foto de R. Altenkamp.

Sus dientes no tienen surcos como los de los solenodontes, pero sí una superfície cóncava para almacenar la saliva tóxica.

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Mandíbula inferior de Neomys anomalus. Foto de António Pena.

Se sospecha que otros mamíferos producen también saliva tóxica de manera similar, como el topo europeo (Talpa europaea) y otras especies de musaraña, pero no se dispone de estudios concluyentes.

RATA CRESTADA AFRICANA

También conocida como rata de crin (Lophiomys imhausi), la rata crestada africana utiliza veneno presente en su pelo para protegerse de sus depredadores.

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Rata crestada africana (Lophiomys imhausi). Foto de Kevin Deacon

A diferencia del resto de mamíferos que producen sus propio veneno,  la rata crestada africana obtiene la toxina (llamada ouabaína) de la corteza y raíces de un árbol (acocantera o laurel tóxico, Acokanthera schimperi). Los mastica y se unta la mezcla de saliva y tóxico en el cuerpo. Sus pelos tienen una estructura microscópica cilíndrica perforada, lo que favorece la absorción del veneno. En caso de peligro, se eriza y muestra su pelaje marrón a rayas blancas, advirtiendo de su peligro potencial. Esta estrategia de persuasión basada en colores llamativos de advertencia se conoce como aposematismo, presente en muchos animales, como las abejas.

En este vídeo de la BBC online se observa una rata crestada e imágenes al microscopio de un pelo absorbiendo tinta, mostrando su estructura porosa:

Se desconoce de qué manera es inmune a la toxina, ya que es la misma sustancia que usan algunas tribus africanas para cazar animales tan grandes como el elefante. La ouabaína es un glucósido que controla el latido del corazón, provocando infartos si se absorbe en grandes cantidades. El estudio de los mecanismos que protegen a la rata crestada de una sustancia que regula el ritmo cardíaco, puede ayudar al desarrollo de tratamientos para problemas cardíacos.

Los erizos europeos (Erinaceus europaeus) tienen un comportamiento similar (embadurnarse el cuerpo con veneno ajeno), pero no se ha podido comprobar si el objetivo es defensivo ya que no ahuyenta a los depredadores.

En conclusión, las estrategias, usos y naturalezas del veneno en mamíferos son variadas y su estudio puede tener importantes consecuencias médicas en el desarrollo de fármacos, así como aumentar el conocimiento de las relaciones evolutivas entre diferentes grupos de animales actuales (reptiles-mamíferos) y sus antepasados.

REFERENCIAS

Mireia Querol Rovira