Các nhà khoa học biết cách tạo ra chất độc thần kinh của cá nóc sau 100 năm cố gắng

Chất độc thần kinh chết người này có thể tạo ra một thế hệ thuốc giảm đau không gây nghiện mới.
Các nhà khoa học biết cách tạo ra chất độc thần kinh của cá nóc sau 100 năm cố gắng
Hình ảnh cá nóc đang phòng vệ

Tetrodotoxin (TTX) là chất độc thần kinh tự nhiên độc nhất mà loài người từng biết. Nó được tạo ra trong cơ thể của động vật biển như cá nóc, ốc, bạch tuộc, sa giông, ếch và giun. Để nghiên cứu và khai thác sức mạnh của chất sinh hóa bí ẩn này, các nhà khoa học ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới đã cố gắng tổng hợp TTX trong môi trường phòng thí nghiệm trong hơn một trăm năm. Có vẻ như một nhóm nghiên cứu của Đại học New York (NYU) đã tìm ra điều đó.

Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, các nhà nghiên cứu đã tiết lộ quy trình 22 bước sử dụng tetrodotoxin hoạt tính sinh học, hiệu quả cao (và các dẫn xuất của nó) có thể được tạo ra từ các vật liệu có sẵn trên thị trường. Họ tuyên bố đã khám phá ra phương pháp tổng hợp TTX “ngắn gọn” nhất. Một trong những tác giả của nghiên cứu và Janice Cutler Giáo sư Hóa học tại NYU, Dirk Trauner nói với IE, “Sự tổng hợp của chúng tôi không phải là sự tổng hợp đầu tiên của tetrodotoxin; tuy nhiên, nó mang lại hiệu quả tốt nhất cho đến nay, cải thiện gấp 30 lần ”.

Tại sao tổng hợp TTX là một thành tựu lớn?

Hình ảnh của cá nóc. Nguồn: Vlad Tchompalov/Unsplash 

Tetrodotoxin thường được nhiều nhà khoa học coi là một bí ẩn vì họ vẫn chưa chắc chắn về cách thức các loài động vật như cá nóc sản xuất và lưu trữ chất độc này trong cơ thể chúng là như thế nào. Hơn nữa, người ta vẫn còn cần phải nghiên cứu thêm về các đặc tính của hóa chất đang được sử dụng cho các mục đích khác ngoài mục đích tự vệ. Giáo sư Trauner và nhóm của ông tin rằng TTX có thể giúp xác định mối quan hệ giữa kẻ săn mồi và con mồi trong hệ sinh thái của chúng ta.

Ngoài ra, nó cũng được cho là hoạt động như một pheromone hoặc như một chất kích thích ăn ở một số sinh vật. Là một chất độc thần kinh gây tê liệt mạnh, TTX có thể chặn các kênh ion dẫn natri trong màng tế bào thần kinh và các tín hiệu trong các mạch thần kinh. Điều này đưa chúng ta đến lý do lớn nhất tại sao các nhà khoa học đã say mê tetrodotoxin trong một thời gian dài.

Nguồn: Chokniti Khongchum/Pexels

Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng khả năng ngăn chặn kênh natri của TTX nắm giữ bí mật liên quan đến việc phát triển một loại thuốc giảm đau hiệu quả mới. “Nhu cầu y tế rất lớn về thuốc giảm đau với các phương thức hoạt động mới, đặc biệt là những loại hoạt động khác với opioid. Tetrodotoxin có đặc tính thú vị là ngăn chặn các tín hiệu thần kinh. Những tín hiệu thần kinh này là không thể thiếu đối với cảm giác đau, và do đó, tetrodotoxin được cho là một chất dẫn dắt đầy hứa hẹn cho sự phát triển của các loại thuốc giảm đau thế hệ tiếp theo không gây nghiện ”Trauner nói.

Tại sao việc tổng hợp TTX trong phòng thí nghiệm lại mất nhiều thời gian như vậy?

Tetrodotoxin được tìm thấy trong gan và cơ quan sinh sản của động vật biển, chẳng hạn như cóc, sa giông và cá nóc. Nhà khoa học Nhật Bản, Tiến sĩ Yoshizumi Tahara đã phân lập TTX lần đầu tiên vào năm 1894 và xác nhận điều tương tự vào năm 1909. Kể từ đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và cố gắng tổng hợp hóa chất này trong môi trường phòng thí nghiệm.

Tuy nhiên, việc tạo ra một phiên bản ổn định và tinh khiết của tetrodotoxin là một thách thức đối với các nhà hóa sinh học vì cấu trúc phức tạp và tính không ổn định hóa học của nó. Mặc dù trước đây các nhà khoa học cũng đã có thể tổng hợp TTX, nhưng hầu hết các chất độc thần kinh đó đều không ổn định cao hoặc kém hiệu quả hơn.
ADDVIDEO
Thêm vào đó, nhiều phương pháp trong số đó không thể mở rộng vì chúng liên quan đến nhiều bước với các biến chứng của chúng. “Thách thức chính trong quá trình tổng hợp tetrodotoxin là độ phức tạp hóa học cao, tính không ổn định hóa học và thách thức đặt ra trong quá trình tinh chế và cô lập nó. Điều này được phản ánh trong quá trình tổng hợp trước đó đòi hỏi nhiều bước hơn dẫn đến việc kém hiệu quả hơn về tổng thể, ”Giáo sư Trauner phân tích

Điều thú vị là, phương pháp tổng hợp TTX do các nhà nghiên cứu của NYU đề xuất bắt đầu với một dẫn xuất glucose, chỉ bao gồm 22 bước và mang lại hiệu suất ấn tượng 11%. Giáo sư Trauner và nhóm của ông tuyên bố rằng phương pháp của họ hiện là hiệu quả nhất và có lẽ là phương pháp duy nhất có thể mở rộng phù hợp để sản xuất tetrodotoxin và các dẫn xuất của nó. Giờ đây, nhà nghiên cứu sẽ sử dụng nền tảng của họ để nghiên cứu sâu hơn về đặc tính giảm đau của chất độc thần kinh.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.

Đỗ Quyên
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM