Naukowcy z Polski rozpracowują cichego truciciela. Badają toksyczne formy

Naukowcy uświadomili sobie niebezpieczeństwo zatrucia metylortęcią, gdy doszło do katastrofalnego odkrycia w zatoce Minamata w Japonii.

Miejscowy zakład chemiczny przez ponad 30 lat odprowadzał ciecze zawierające ekstremalnie wysokie stężenia metylortęci, a ta gromadziła się w przewodach pokarmowych ryb. Gdy te znalazły się na talerzach okolicznych mieszkańców, zaczęły powodować zatrucia i poważne choroby. Jedno z tych schorzeń zyskało nawet własną nazwę: choroba z Minamaty.

Metylortęć jest toksyczna

Rtęć została więc sklasyfikowana przez Światową Organizację Zdrowia jako jedna z dziesięciu substancji chemicznych stanowiących największe zagrożenie dla zdrowia publicznego.

Dlaczego znany od wieków pierwiastek i jego organiczne związki stanowią tak poważne zagrożenie dla zdrowia? Naukowcy wiedzą, że metylortęć jest bardzo toksyczna, ale wciąż badają, co dokładnie robi w komórkach i dlaczego tak skutecznie zaburza ich pracę.

Badania zrealizowane przez dr. Andrzeja Gawora oraz prof. Ewę Bulską z Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z naukowcami z IPREM (Institute of Analytical Sciences and Physico-Chemistry for Environment and Materials) (Pau, Francja), miały na celu określenie, które struktury komórkowe są najbardziej podatne na oddziaływanie metylortęci.

Badanie enzymów

Trop zaprowadził badaczy do szczególnej grupy enzymów, które na co dzień chronią komórki przed uszkodzeniami. Wyniki badań wskazały, że wiązanie metylortęci z tymi białkami może prowadzić do zaburzenia ich funkcji ochronnych, a w konsekwencji osłabienia naturalnych mechanizmów obronnych komórki.

Selenoenzymy, bo o nich mowa, to białka, które przy prawidłowej budowie zawierają nieorganiczny pierwiastek – selen, wbudowany w ich strukturę przede wszystkim pod postacią aminokwasu, selenocysteiny.

Białka te pełnią w organizmie kilka ważnych funkcji: wspierają odporność, pomagają regulować gospodarkę hormonalną i chronią komórki przed skutkami stresu oksydacyjnego, czyli stanu, w którym w komórce powstaje zbyt dużo wolnych rodników mogących uszkadzać białka, błony komórkowe i DNA.

Oba białka mają jedną wspólną cechę: zawierają selen. Bez niego nie mogą działać prawidłowo. A ponieważ metylortęć szczególnie chętnie wiąże się właśnie z selenem, badacze postanowili sprawdzić, jak dokładnie dochodzi do tego chemicznego „przejęcia”.

Gdzie przyłącza się toksyczny związek?

Naukowcy połączyli laboratoryjne śledztwo z komputerową symulacją. Najpierw wykorzystali spektrometrię mas połączoną z chromatografią cieczową, czyli metodę znaną jako LC-MS (ang. liquid chromatography-mass spectrometry).W dużym uproszczeniu działa ona trochę jak bardzo precyzyjny filtr i waga jednocześnie.

Chromatografia pozwala rozdzielić składniki badanej próbki, bo różne związki przechodzą przez specjalną kolumnę w różnym tempie. Spektrometria mas pozwala potem sprawdzić, z czym dokładnie mamy do czynienia, m.in. na podstawie masy badanych cząsteczek.

Dzięki temu badacze mogli zobaczyć, które fragmenty białek reagują z metylortęcią i gdzie przyłącza się toksyczny związek.

Na naukowy podziw zasługuje połączenie obu podejść: eksperymentów i obliczeń. Umożliwiło ono nie tylko obserwację efektu, lecz także zrozumienie jego molekularnych przyczyn.

Wyniki badań dostarczyły jednych z pierwszych tak bezpośrednich dowodów na to, że w badanych enzymach powstają wiązania rtęć-selen. I pozwoliły odtworzyć cały mechanizm reakcji krok po kroku, by odpowiedzieć na pytanie, dlaczego metylortęć za cel obrała sobie selen zawarty w selenobiałkach.

Wyniki zespołu z UW pokazują, jak metale ciężkie wiążą się z ważnymi cząsteczkami w organizmie, a taka wiedza może być punktem wyjścia do projektowania związków, które będą je wychwytywać i unieszkodliwiać.