Recibido 02-XI-2001. Corregido 18 - I - 2002. Aceptado 24-I-2002.
Abstract
Key words: Snake venoms, toxins, antivenoms, neurotoxicity, coagulopathies, necrosis.
América Latina posee una fauna de serpientes rica y variada. Algunas especies clasificadas en la familia Colubridae y todas las especies de las familias Hydrophiidae, Elapidae y Viperidae producen venenos y son capaces de inyectar estas secreciones en humanos, generando cuadros clínicos de envenenamiento (Campbell y Lamar 1989). Los envenenamientos por mordeduras de serpiente constituyen un problema de salud pública relevante en la región latinoamericana (Fan y Cardoso 1995, Gutiérrez 1995, Chippaux 1998). Estos accidentes afectan fundamentalmente a la población rural involucrada en faenas agrícolas y se caracterizan por una fisiopatología compleja. La enorme mayoría de los envenenamientos ofídicos en América Latina son causados por especies de la familia Viperidae. El cuadro clínico que se desarrolla en estos casos se asocia con daños locales rápidos y prominentes (edema, dolor, sangrado, necrosis), seguidos de alteraciones sistémicas (sangrado, coagulopatías, choque cardiovascular, insuficiencia renal aguda) (Otero 1992, Fan y Cardoso 1995, Gutiérrez 1995). La incidencia de mordeduras por serpientes coral (familia Elapidae) es baja y estos casos se asocian con neurotoxicidad debida a la acción de toxinas que actúan en la unión neuro-muscular (Vital Brazil 1987a). Por otra parte, se han descrito muy pocos casos de mordeduras por la serpiente marina Pelamis platurus, la única especie de la familia Hydrophiidae en América, y las mordeduras por especies de la familia Colubridae, aunque ocurren, casi nunca se asocian con alteraciones fisiopatológicas relevantes (Gutiérrez y Sasa 2001).
La relevancia de los envenenamientos ofídicos en el ámbito de la salud pública latinoamericana, aunada a la fascinación que provoca la complejidad bioquímica y farmacológica de los venenos de serpientes, ha motivado un gran interés científico en América Latina alrededor de este tema. Como homenaje a la Revista de Biología Tropical en su 50 aniversario, este trabajo presenta una visión retrospectiva de algunos de los logros efectuados en la comprensión de la naturaleza química y del mecanismo de acción de los venenos de serpientes de América Latina, así como en el desarrollo de tecnologías para producción de antivenenos. La revisión no pretende ser exhaustiva, sino que se concentra en algunos de los principales desarrollos en los que han participado investigadores de la región latinoamericana durante los últimos 50 años.
Los cimientos de la Toxinología latinoamericana
Los primeros esfuerzos científicos en el tema de los venenos de serpientes en América Latina se desarrollaron en Brasil, gracias al trabajo de J.B. de Lacerda y Vital Brazil, hacia fines del siglo XIX y principios del XX (Lacerda 1884, Brazil 1911). Vital Brazil fue un auténtico pionero, ya que a su interés científico por este tema se unió una enorme capacidad de gestión tecnológica que lo llevó a producir los primeros antivenenos (o sueros antiofídicos) en América, pocos años después de la invención de la seroterapia antiofídica en Francia (Vital Brazil 1987b, Bon 1996). Vital Brazil describió las actividades fisiopatológicas de los venenos de las principales serpientes brasileñas y demostró claramente la necesidad de producir antivenenos específicos para Sudamérica. Más aún, este destacado científico sentó las bases de la producción en gran escala de este inmunoterápico en el prestigioso Instituto Butantan, institución de la que fue su primer Director.
Varios científicos latinoamericanos dedicaron atención al estudio de los venenos durante la primera mitad del siglo XX, incluyéndose en este grupo al investigador argentino Bernardo Houssay, eminente endocrinólogo y Premio Nóbel de Fisiología y Medicina. En América Central, la labor de Clodomiro Picado sobresale por su relevancia y calidad. Picado contribuyó al estudio de la biología de las serpientes venenosas de Costa Rica y a la caracterización de las actividades tóxicas de sus venenos. Además, fue el responsable de la introducción y uso de los antivenenos brasileños en Costa Rica (Picado 1931), sentando las bases para futuros desarrollos en este país, los cuales estuvieron liderados por Róger Bolaños, fundador del Instituto Clodomiro Picado (Bolaños 1984). La investigación sobre venenos en América Latina durante la primera mitad del siglo XX forma parte de una rica tradición de investigación en Medicina Tropical en nuestra región, tradición que ha dado aportes de impacto mundial al conocimiento de las patologías tropicales.
Las neurotoxinas
Contrario a la enorme mayoría de los venenos de serpientes de la familia Viperidae, los cuales carecen de neurotoxicidad y basan su acción en la destrucción tisular y las alteraciones cardiovasculares y de coagulación, el veneno de la cascabel sudamericana Crotalus durissus terrificus posee una acción fundamentalmente neurotóxica y miotóxica, originando cuadros clínicos frecuentemente severos. Uno de los principales hitos en la Toxinología lo constituyó la purificación y cristalización de la ‘crotoxina’, que es el principal componente tóxico de dicho veneno. Este logro, efectuado en el Instituto Butantan por Slotta y Fraenkel-Conrat (1938-1939), representa el inicio del estudio de la bioquímica de proteínas tóxicas de los venenos. Estudios posteriores han permitido conocer que esta toxina es en realidad un complejo bimolecular formado por una fosfolipasa A2 y por una proteína no tóxica denominada ‘crotapotina’ o ‘subunidad A’. Esta subunidad actúa como una molécula ‘chaperona’, impidiendo que la subunidad fosfolipasa se una a sitios inespecíficos y dirigiéndola a su verdadero blanco: la membrana plasmática de la terminal axonal presináptica y la membrana de las células musculares, ya que la crotoxina posee acciones neurotóxica y miotóxica.
Además del veneno de esta cascabel, los de las serpientes coral (género Micrurus) inducen también cuadros fisiopatológicos caracterizados por el bloqueo de la unión neuromuscular, con los consecuentes problemas de parálisis flácida típicos de estos envenenamientos (Bolaños 1984, Fan y Cardoso 1995, Gutiérrez 1995). Los estudios efectuados por el grupo de
Oswaldo Vital Brazil, hijo del fundador del Instituto Butantan, demostraron las bases farmacológicas de las acciones de estos venenos, utilizando preparaciones neuro-musculares in vitro (Vital Brazil 1987a). El veneno de C. d. terrificus actúa a nivel presináptico, afectando la liberación del neurotransmisor en las terminales nerviosas (Vital Brazil 1966), en tanto los venenos de Micrurus tienen una acción principalmente postsináptica, debida a la unión de polipéptidos neurotóxicos, denominados ‘α -neurotoxinas’, al receptor de acetilcolina de la placa motora de la fibra muscular (Vital Brazil 1987a). No obstante, varios investigadores han mostrado evidencias de la presencia de neurotoxinas de acción presináptica en algunos venenos de Micrurus (Vital Brazil 1987a, Goularte et al. 1995). Se ha determinado la secuencia completa de aminoácidos de una a -neurotoxina de acción postsináptica del veneno de la coral Micrurus nigrocinctus (Rosso et al. 1996) y las secuencias parciales de otras neurotoxinas del mismo veneno (Alape-Girón et al. 1996). Asimismo, se ha clonado el ADNc de una neurotoxina del veneno de M. Corallinus (de Oliveira et al. 2000).
Además del cuadro de parálisis flácida no despolarizante inducido por la crotoxina, los venenos de algunas poblaciones de la cascabel sudamericana presentan un componente que induce un cuadro de parálisis espástica en animales de laboratorio. Este efecto, descrito y caracterizado por farmacólogos brasileños, se debe a la ‘crotamina’, un péptido muy básico de 4.2 kDa que activa los canales de sodio dependientes de voltaje de las fibras musculares, induciendo una despolarización que culmina con contractura muscular (Laure 1975, Chang y Tseng 1978, Vital Brazil et al. 1979). Como consecuencia de esta acción farmacológica, se produce un influjo de sodio y de agua al citosol, con la consecuente dilatación del retículo sarcoplásmico, lo que ha motivado que esta toxina sea considerada por algunos como una ‘miotoxina’ (Cameron y Tu 1978).
Proteínas que afectan la coagulación sanguínea
]]> Las alteraciones en la coagulación sanguínea constituyen una de las principales características de los envenenamientos por serpientes de la familia Viperidae (Markland 1998). Dichas alteraciones, asociadas con cuadros de desfibrinación, coagulación intravascular diseminada y trombocitopenia (Rosenfeld 1971, Fan y Cardoso 1995, Gutiérrez 1995) resultan de la acción de proteínas que afectan diversos componentes del sistema hemostático. Varios grupos de investigación han contribuido a esclarecer los mecanismos responsables de estas alteraciones. Por un lado, estos venenos presentan enzimas coagulantes y procoagulantes, tales como serina proteinasas ‘tipo trombina’ (Stocker y Barlow 1976, Aragón y Gubensek 1978, Raw et al. 1986, Selistre y Giglio 1987, Yarlequé et al. 1989) y metaloproteinasas que activan los factores X y II de la cascada de coagulación (Hofmann et al. 1983). Estos componentes, de fuerte acción coagulante in vitro, consumen el fibrinógeno in vivo, induciendo desfibrinación y alteraciones en las pruebas de coagulación (Peña-Chavarría et al. 1970, Cardoso et al. 1993). Se han purificado también componentes inhibidores de trombina, tales como la ‘bothrojaracina’, del veneno de B. jararaca (Zingali et al. 1993), el cual forma un complejo equimolar no covalente con la atrombina y la ‘bothroalternina’, del veneno de B. alternatus (Castro et al. 1998).Los venenos de serpientes vipéridas latinoamericanas afectan las plaquetas de maneras diversas. Se han descrito componentes como la ‘botrocetina’ y la ‘aspercetina’ que se unen al factor de von Willebrand e inducen agregación plaquetaria, produciendo in vivo un cuadro de trombocitopenia trombótica (Andrews et al. 1989, Rucavado et al. 2001). Por otra parte, la ‘convulxina’, purificada del veneno de la cascabel Crotalus durissus terrificus, se describió inicialmente con base en su acción convulsivante (Prado-Franceschi y Vital Brazil 1981), pero luego se caracterizó como un potente agente agregante de plaquetas (Vargaftig et al. 1980, Francischetti et al. 1998). Los venenos de vipéridos presentan también un grupo de moléculas denominadas ‘disintegrinas’, las cuales tienen una región con la secuencia Arg-Gli-Asp (RGD) que se une a la integrina a IIbb 3 de las plaquetas, causando inhibición de la agregación plaquetaria y afectando el proceso hemostático (Markland 1998). Las disintegrinas se han convertido en importantes herramientas para el estudio de la adhesión celular en diversos modelos patológicos y se ha demostrado que estos péptidos son sintetizados como parte de algunas metaloproteinasas en estos venenos, liberándose como consecuencia de proteólisis (Moura da Silva et al. 1996). Se han purificado además fosfolipasas A2 que afectan los procesos de coagulación, ya sea alterando la agregación plaquetaria (Fuly et al. 1997) o inhibiendo la cascada de la coagulación (Díaz et al. 1991). También estos venenos poseen proteinasas fibrinolíticas, de la familia de las metaloproteinasas, capaces de hidrolizar la fibrina que forma los trombos (Markland 1998). Algunas de estas proteínas se utilizan en terapia antitrombótica en la clínica, tales como la serina proteinaza ‘batroxobina’ del veneno de Bothrops atrox (Braud et al. 2000), en tanto otros se emplean en procedimientos diagnósticos, como es el caso de la ‘botrocetina’, utilizada en el diagnóstico de la enfermedad de von Willebrand y del síndrome de Bernard-Soulier (Braud et al. 2000). En suma, los venenos de serpientes de América Latina presentan una variadísima gama de componentes que afectan los procesos hemostáticos.
La inflamación
Los estudios farmacológicos del proceso inflamatorio tuvieron un desarrollo temprano de muy alto nivel en América Latina, especialmente en Brasil, donde grupos de excelencia efectuaron aportes de impacto mundial. En este contexto, cabe mencionar el importante trabajo liderado por Mauricio Rocha e Silva, en São Paulo, el cual tuvo como uno de sus primeros logros el descubrimiento de la bradicinina, un nonapéptido liberado de un precursor plasmático que juega un papel central en la inflamación y en diversos procesos fisiológicos. Este hallazgo, efectuado trabajando con el veneno de Bothrops jararaca (Rocha e Silva et al. 1949), sirvió de base para una línea de investigación fructífera que trajo, entre otros logros, el importante descubrimiento de los péptidos potenciadores de bradicinina, también presentes en el veneno de B. jararaca (Ferreira 1965, Ferreira et al. 1970). Estos péptidos sirvieron de base para la síntesis, en la industria farmacéutica de países desarrollados, de medicamentos antihipertensivos muy efectivos, como el Captopril.
Diveros grupos de investigación en la región han utilizado los venenos como herramientas para estudiar la inflamación, no sólo para comprender mejor las bases del envenenamiento, sino también para dilucidar los mecanismos de la reacción inflamatoria en general. En años recientes se han logrado avances importantes en la comprensión de la inflamación en modelos experimentales de envenenamiento ofídico, tanto en lo referente al edema (Trebien y Calixto 1989, Chaves et al. 1995, Landucci et al. 2000), como a la participación del infiltrado celular (Farsky et al. 1997) y a la hiperalgesia resultante de la acción de los venenos (Teixeira et al. 1994, Chacur et al. 2001), así como al rol de las citoquinas en estos cuadros (Lomonte et al. 1993, Barros et al. 1998, Petricevich et al. 2000). Estos estudios han continuado con el análisis del papel que tiene la reacción inflamatoria en la patogénesis del daño tisular local, un tema estrechamente relacionado con la posibilidad de que el control farmacológico de dicha reacción inflamatoria redunde en una disminución de la magnitud del daño tisular. Los avances logrados demuestran que el ingreso de los venenos de vipéridos a los tejidos pone en marcha un complejo proceso inflamatorio, asociado con la liberación y/o síntesis de numerosos mediadores, los cuales interactúan de manera compleja, afectando múltiples procesos celulares y tisulares y redundando en edema, infiltrado celular, dolor y adquisición de un fenotipo pro-inflamatorio y pro-coagulante en las células endoteliales. En contraposición con la gran mayoría de los venenos de vipéridos, los cuales inducen un potente efecto hiperalgésico, el de la cascabel Crotalus durissus terrificus se caracteriza por presentar una acción antinociceptiva (Giorgi et al. 1993), lo cual lo convierte en una fuente de sustancias analgésicas de potencial interés farmacéutico.
Las metaloproteinasas y la hemorragia
Una de las consecuencias más comunes de los envenenamientos por serpientes de la familia Viperidae lo constituye el sangrado local y sistémico, el cual contribuye a lesión tisular permanente en el tejido muscular, así como a hipovolemia y choque cardiovascular (Fan y Cardoso 1995, Gutiérrez 1995). La identificación de las proteínas responsables de estos efectos tuvo un gran impulso en los estudios de Mandelbaum y su grupo, en el Instituto Butantan, quienes lograron purificar y caracterizar varios componentes hemorrágicos de los venenos de las especies Bothrops jararaca, B. moojeni y B. neuwiedi (Mandelbaum et al. 1976, 1984, Assakura et al. 1985). Posteriormente otros investigadores purificaron, secuenciaron y clonaron la ‘jararagina’ (Paine et al. 1992), una metaloproteinasa hemorrágica presente en el veneno de B. jararaca y que fue recientemente cristalizada (Souza et al. 2001). La jararagina ha sido muy utilizada en investigaciones bioquímicas, moleculares y farmacológicas (Kamiguti et al. 1996). Del veneno de Lachesis muta se purificaron dos metaloproteinasas hemorrágicas, las cuales han sido secuenciadas y estudiadas en cuanto a sus efectos sobre la hemostasia (Sánchez et al. 1987, 1991a, 1991b).
Recientemente se han aislado y caracterizado parcialmente varias metaloproteinasas hemorrágicas del veneno de Bothrops asper, la principal serpiente venenosa en la región centroamericana (Borkow et al. 1993, Gutiérrez e al. 1995, Franceschi et al. 2000). Aunque el mecanismo de acción de estas toxinas no está totalmente dilucidado, los estudios efectuados permiten proponer la hipótesis siguiente: estas enzimas, que son metaloproteinasas dependientes de zinc, hidrolizan algunas proteínas que componen la lámina basal que rodea las células endoteliales de los vasos capilares y de las vénulas. Como consecuencia de esta hidrólisis, las células endoteliales se ven afectadas, desarrollando una serie de vesículas y reduciendo su grosor, hasta el punto en que su integridad se interrumpe y se producen rupturas a través de las que se produce la extravasación (Moreira et al. 1994, Gutiérrez y Rucavado 2000). Esta hipótesis es apoyada por observaciones bioquímicas y ultraestructurales diversas, aunque aún no está claro cómo se traducen las alteraciones en la lámina basal a la lesión endotelial (ver revisión de Gutiérrez y Rucavado 2000). A la par de esta hipótesis de hemorragia por ‘rexis’, también se ha propuesto que el veneno de Bothrops jararaca induce hemorragia por ‘diapedesis’, al inducir la apertura de las uniones intercelulares de las células endoteliales como consecuencia de una fuerte reacción inflamatoria, permitiendo la extravasación por esa ruta (Gonçalves y Mariano 2000).
Las metaloproteinasas hemorrágicas se clasifican, desde el punto de vista estructural, en cuatro grupos, con base en los dominios que poseen (Bjarnason y Fox 1994). Las de la clase P-I presentan únicamente el dominio metaloproteinasa, caracterizado por una secuencia consenso HEXXHXXGXXH responsable de la unión al zinc. Las metaloproteinasas de las otras clases presentan, además el dominio catalítico, dominios ‘tipo disintegrina’ (clase P-II), ‘tipo disintegrina’ y ‘rico en cisteína’ (clase P-III) y estos dos dominios más un dominio lectina (clase P-IV). Los estudios con la jararagina y con otras metaloproteinass han demostrado que la presencia de estos dominios adicionales, especialmente el ‘tipo disintegrina’, le confieren a estas metaloproteinasas la capacidad de reconocer receptores de la familia de las integrinas en las membranas de las plaquetas y de otros tipos celulares, afectando el proceso de agregación plaquetaria y la adhesión de otras células a sustratos de matriz extracelular (Kamiguti et al. 1996, Souza et al. 2000, Moura da Silva et al. 2001). Se ha propuesto que la presencia de estos dominios adicionales es responsable de la mayor actividad hemorrágica que caracteriza a estas metaloproteinasas cuando se las compara con las de la clase P-I. Es evidente, por otra parte, que a la acción vasculotóxica de las metaloproteinasas se suma el efecto de las toxinas que inducen coagulopatías, para producir un sangrado profuso a nivel sistémico, aunque el tema de los sinergismos entre estos tipos de toxinas no ha sido explorado aún con suficiente detalle.
Los estudios de patología experimental efectuados con diversas metaloproteinasas en América Latina han demostrado que estas enzimas no sólo son responsables de hemorragia, sino que también inducen mionecrosis, edema, formación de bulas, dermonecrosis, activación de complemento, fibrinolisis, fibrinogenolisis, liberación de TNF-a y degradación de la matriz extracelular, por lo que desempeñan un rol muy relevante en la patogénesis de diversos efectos asociados con estos envenenamientos (ver la revisión de Gutiérrez y Rucavado 2000). La relevancia de las metaloproteinasas en los envenenamientos ofídicos plantea la posibilidad de utilizar inhibidores sintéticos potentes, como los hidroxamatos peptidomiméticos, en la terapia antiofídica, hipótesis que ha sido validada en estudios experimentales con el veneno de Bothrops asper y el inhibidor ‘batimastat’ (Escalante et al. 2000, Rucavado et al. 2000).
]]> Fosfolipasas A2 y necrosis muscularLa necrosis de tejido muscular o mionecrosis es uno de los efectos más conspicuos de los envenenamientos por serpientes de la familia Viperidae (Gutiérrez y Lomonte 1989). En caso de no ser neutralizado por los antivenenos, este efecto redunda en una pérdida importante de tejido muscular, lo cual se asocia con una deficiente regeneración muscular y con secuelas permanentes en la víctima. Diversos grupos, especialmente en Costa Rica y Brasil, han desarrollado investigaciones diversas dirigidas a una comprensión del tipo de toxinas responsables de estos efectos y de su mecanismo de acción. La primera miotoxina de venenos de serpientes del género Bothrops fue purificada en 1984, a partir del veneno de B. asper (Gutiérrez et al. 1984a). En años posteriores se logró purificar una gran cantidad de miotoxinas de este y otros venenos de serpientes de la región, tales como Bothrops moojeni, B. neuwiedi, B. jararacussu, B. pirajai, Bothriechis schlegelii y Atropoides nummifer (ver revisión de Gutiérrez y Lomonte 1997). Todas estas miotoxinas son proteínas con estructura de fosfolipasa A2 de la clase II, muy básicas y que afectan las células musculares rápidamente después de su inyección.
Los estudios de las secuencias de estas miotoxinas han permitido dividirlas en dos subtipos: aquellas que presentan aspartato en el residuo 49 y las que presentan lisina en dicha posición. Esta diferencia tiene implicaciones drásticas en la catálisis, ya que el aspartato en el residuo 49 juega un papel central en la capacidad de estas proteínas de unir el ion calcio, el cual es requisito para la actividad catalítica al estabilizar el intermediario tetraédrico característico de esta reacción (Arni y Ward 1996). La sustitución de aspartato por lisina tiene como consecuencia una incapacidad de la molécula para ligar calcio y, por lo tanto, la pérdida de la actividad enzimática. Las primeras lisinas 49 aisladas y secuenciadas fueron la miotoxina II de B. asper y la bothropstoxina de B. jararacussu (Francis et al. 1991, Cintra et al. 1993). Lo interesante de este grupo de Lis49 es que, pese a ser inactivas enzimáticamente, poseen una fuerte acción miotóxica. Esta observación demuestra que la actividad de hidrólisis de fosfolípidos no es estrictamente necesaria para lesionar la integridad de la membrana plasmática de las fibras musculares, evidenciando que otras regiones moleculares diferentes del sitio catalítico son las responsables de este efecto.
Los estudios de secuencias han sido complementados por importantes investigaciones cristalográficas, las cuales han permitido dilucidar la estructura de algunas de estas proteínas (Arni et al. 1995, 1999, da Silva Giotto et al. 1998, Lee et al. 2001). Se ha demostrado que todas ellas tienen una estructura similar, caracterizada por varias regiones de hélice alfa, una pequeña región de hojas beta denominada ‘ala beta’ y algunas asas, presentando siete puentes disulfuro. Además, se ha determinado que la mayoría de estas fosfolipasas miotóxicas existen como homodímeros. Muchos de estos estudios han sido fruto de colaboraciones entre grupos de investigación costarricenses y brasileños en importantes esfuerzos cooperativos regionales. Este ejemplo ilustra el gran potencial que tienen los empeños conjuntos en una región donde es difícil contar con equipo muy costoso en cada país y donde se requiere desarrollar una división del trabajo solidaria que permita enfrentar retos académicos relevantes.
El contar con diversas fosfolipasas A2 miotóxicas purificadas ha permitido estudiar el mecanismo de acción de las mismas y los determinantes estructurales de la miotoxicidad.
Se ha demostrado que las miotoxinas, sean éstas Asp49 o Lis49, afectan directamente la integridad de la membrana plasmática de las células musculares, originando un influjo de cacio hacia el citosol, lo cual pone en marcha una serie de eventos degenerativos que culminan con lesión celular irreversible (Gutiérrez et al. 1984b, Gutiérrez y Lomonte 1997). El sitio de unión de estas miotoxinas a la membrana plasmática no se ha establecido claramente, aunque se plantea la existencia de dos tipos de sitios de unión: (a) fosfolípidos negativos (Díaz et al. 2001), presentes en las membranas de muchos tipos celulares, lo cual explica la amplia acción citolítica de estas proteínas in vitro (Lomonte et al. 1994a); y (b) receptores proteicos, presentes en células musculares, lo cual hace a estas células más susceptibles a la acción de las miotoxinas (Lomonte et al. 1999). Sin embargo, la identidad de estos receptores proteicos para las miotoxinas aún no ha sido establecida.
El tema de la relación estructura-función de estas miotoxinas ha recibido atención por parte de diversos grupos. Como se mencionó anteriormente, se ha demostrado que la actividad enzimática no es indispensable para la acción miotóxica, aunque la hidrólisis de fosfolípidos incrementa la capacidad citotóxica en las miotoxinas Asp49 catalíticamente activas. Uno de los avances más importantes en este tema lo constituyó la demostración de que un péptido sintético, correspondiente a un segmento de la región C-terminal de la miotoxina II de B. asper y constituído por residuos catiónicos e hidrofóbicos, reproduce la actividad citotóxica de la molécula completa (Lomonte et al. 1994b). Esta región está ubicada en la superficie de la molécula y se postula que, por su carácter hidrofóbico-catiónico, es capaz de penetrar y desorganizar la bicapa de fosfolípidos de las membranas. Estudios estructurales e inmunoquímicos apoyan esta hipótesis (da Silva Giotto et al. 1998, Calderón y Lomonte 1998). Recientemente se describió que péptidos sintéticos de la región C-terminal de dos toxinas Lis49 eran citotóxicos, en tanto los péptidos correspondientes a dos miotoxinas Asp49 carecieron de efectos tóxicos, evidenciando diferencias importantes en las regiones responsables de la toxicidad en estos dos tipos de fosfolipasas A2 (Núñez et al. 2001). Es posible que otras regiones de la molécula, como el extremo N-terminal (Díaz et al. 1994), también contribuyan al daño en la membrana. Además de estos importantes trabajos con péptidos sintéticos, el tema de la relación estructura-función se ha enriquecido con estudios de modificaciones químicas de aminoácidos (ver por ejemplo Soares et al. 2000, 2001) y, más recientemente, por el clonaje y expresión de algunas de estas miotoxinas (Lizano et al. 2001, Ward et al. 2001, Giuliani et al. 2001), lo cual abre las posibilidades del uso de la mutagénesis dirigida en la identificación de las regiones responsables de este efecto.
Una consecuencia importante de esta línea de investigación de miotoxinas de venenos de serpientes lo constituye el hallazgo de que estas proteínas, así como algunos péptidos sintéticos de regiones de estas moléculas, tienen una potente acción bactericida (Páramo et al. 1998, Lomonte et al. 1999). Esto abre la posibilidad de utilizar péptidos sintetizados a partir de secuencias de estas proteínas en el diseño de nuevos antibióticos, un tema de gran relevancia dado el fenómeno de incremento en la resistencia a los antibióticos tradicionales por parte de muchas bacterias de importancia médica.
La crotoxina, principal componente del veneno de la cascabel C. d. terrificus, posee, además de actividad neurotóxica, una fuerte acción miotóxica, produciendo rabdomiolisis sistémica. Por otra parte, pese a que los venenos de serpientes coral (Micrurus sp.) no inducen miotoxicidad relevante desde el punto de vista clínico, estos venenos son muy miotóxicos en modelos experimentales (Gutiérrez et al. 1986). Este efecto, que también se ha descrito para otros venenos de elapídeos, se debe a la acción de fosfolipasas A2 de clase I, las cuales difieren en varios aspectos estructurales de las fosfolipasas de vipéridos. Recientemente se determinó la secuencia completa de una fosfolipasa A2 miotóxica del veneno de la coral centroamericana Micrurus nigrocinctus y, mediante análisis comparativo de secuencias, se identificó un grupo de residuos en las fosfolipasas de clase I que se agrupan en la superficie de la molécula y que están presentes únicamente en las enzimas que presentan actividad miotóxica (Alape-Girón et al. 1999). Además, se postuló un modelo de evolución molecular de las fosfolipasas A2 miotóxicas de clase I, a partir de un precursor similar a la actual fosfolipasa A2 de secreción pancreática (Alape-Girón et al. 1999). Resulta interesante que esta región es disímil a la región miotóxica de las fosfolipasas A2 de clase II de venenos de vipéridos, evidenciando una evolución molecular diferente en estos dos tipos de miotoxinas, a partir de precursores no miotóxicos (Alape-Girón et al. 1999).
Variabilidad geográfica y ontogenética
]]> En la década de los 60, Jiménez-Porras (1964a, 1964b) efectuó trabajos pioneros en el tema de la variabilidad geográfica de los venenos de Bothrops sp de Costa Rica, empleando técnicas electroforéticas. Se observaron diferencias intraespecíficas en los venenos de diferentes poblaciones de Bothrops atrox (hoy B. asper)y B. nummifer (hoy Atropoides nummifer)en Costa Rica. Anteriormente se había descrito un fenómeno de variación geográfica en el contenido de crotamina en venenos de poblaciones sudamericanas de C. d. terrificus (ver revisión de Jiménez-Porras 1970). Estos estudios, junto a otros efectuados posteriormente (Francischetti et al. 2000), demostraron la enorme complejidad en la composición de los venenos. A las variaciones poblacionales se une una interesante variación ontogenética en la bioquímica y la farmacología de los venenos (Gutiérrez et al. 1980, Furtado et al. 1991). Uno de los ejemplos más llamativos es el de la cascabel centroamericana Crotalus durissus durissus,ya que los venenos de ejemplares recién nacidos tienen un veneno con fuertes acciones neurotóxica y miotóxica, similares al veneno de la subespecie sudamericana, en tanto los ejemplares adultos presentan un veneno de acción local y hemorrágica, sin neurotoxicidad evidente (Lomonte et al. 1983).Inhibidores de venenos: aprovechando la biodiversidad de la región en la búsqueda de nuevas terapias antiofídicas
Diversos grupos de investigación en la región se han ocupado de la búsqueda de sustancias con efecto inhibitorio sobre las acciones tóxicas de los venenos en plantas y animales de la región. Mucho se ha trabajado con plantas, demostrándose efectos inhibitorios con una serie de extractos crudos y con diversos componentes semipuros y puros, tales como la wedelolactona (Melo et al. 1994, Mors et al. 1989). Por otra parte, se ha demostrado la presencia de importantes inhibidores proteicos presentes en los sueros sanguíneos de las mismas serpientes y de algunos mamíferos como los marsupiales del género Didelphis. Algunas de estas proteínas son inhibidores de proteinasas, altamente eficaces en la neutralización del efecto hemorrágico de los venenos (Neves-Ferreira et al. 2000, Valente et al. 2000), en tanto otras son inhibidores de fosfolipasas A2 (Fortes Dias et al. 1994, Perales et al. 1995, Lizano et al. 1997, 1999).
Los inhibidores de fosfolipasas A2 se clasifican en tres familias: (a) proteínas con homología con secuencias de unión a carbohidratos de lectinas tipo C, (b) proteínas con secuencias ricas en leucina, y (c) proteínas con el motivo de ‘tres dedos’, característico de diversos grupos de proteínas, como las a -neurotoxinas de venenos de elápidos (Lizano et al. 1999). Se ha demostrado que estos inhibidores no sólo neutralizan el efecto enzimático de las fosfolipasas A2 , sino también sus actividades tóxicas (Fortes Dias et al. 1994, Lizano et al. 1997, 1999). La existencia de este tipo de inhibidores plantea la posibilidad de su utilización en el mejoramiento de la terapia antiofídica en el futuro; además, permite su utilización como compuestos de base para la síntesis de nuevos inhibidores enzimáticos con posible aplicación farmacéutica más general, dada la importancia de las proteinasas y fosfolipasas endógenas en procesos como el cáncer y las enfermedades inflamatorias y neurodegenerativas.
Investigación clínica: hacia la comprensión de la fisiopatología de los envenenamientos ofídicos en humanos
Los envenenamientos por mordeduras de serpientes de América Latina se asocian con cuadros fisiopatológicos complejos, en cuya caracterización han participado investigadores clínicos de la región. Muchos han sido los aportes en cuanto a análisis clínicos y epidemiológicos, pero cabe destacar la valiosa sistematización de las características de los envenenamientos ofídicos en la región sudeste de Brasil, iniciada por Brazil (1911) y continuada por Rosenfeld (1971) y diversos clínicos brasileños, aprovechando la rica experiencia recopilada en el Hospital Vital Brazil, ubicado en el Instituto Butantan. Esta escuela ha sido continuada por investigadores actuales, quienes han efectuado diversos estudios relacionados con la clínica y el tratamiento de envenenamientos por B. jararaca (Cardoso et al. 1993) y B. jararacussu (Milani et al. 1997).
Otras investigaciones han enfocado aspectos más específicos de estos envenenamientos. Por ejemplo, los estudios de Azevedo-Marques y colaboradores demostraron claramente que los envenenamientos por la cascabel sudamericana C. d. terrificus se asocian con rabdomiolisis y no con hemólisis, como se había supuesto hasta entonces, y que el pigmento oscuro presente en la orina de estos pacientes es mioglobina y no hemoglobina (Azevedo–Marques et al. 1987). También se han efectuado estudios sobre las alteraciones en la coagulación y las infecciones en pacientes mordidos por B. jararaca (Maruyama et al. 1990, Jorge et al. 1994), así como sobre las alteraciones renales en estos pacientes (Amaral et al. 1995).
En Colombia, Otero y colaboradores han efectuado diversos estudios clínico-terapéuticos controlados para caracterizar los envenenamientos por Bothrops atrox, la serpiente más importante de esa región, y para evaluar diversos antivenenos que se utilizan en dicho país (Otero et al. 1992, 1998, 1999). Un grupo de investigación clínica de Martinica estudió los envenenamientos por Bothrops lanceolatus, especie endémica en dicha isla, los cuales se asocian con trombosis severas, y demostró la eficacia de un antiveneno producido en Francia, el cual es específico para este veneno (Thomas et al. 1995).
]]> Antivenenos: aportes tecnológicos en la solución de un problema de saludLa administración parenteral de antivenenos constituye el único recurso terapéutico científicamente validado para el manejo de los envenenamientos ofídicos. Los primeros antivenenos latinoamericanos se produjeron en el Instituto Butantan pocos años depués del desarrollode los antivenenos en Francia (Vital Brazil 1987b). Actualmente varios países de la región tienen centros productores de antivenenos, la enorme mayoría de los cuales se ubica en el sector público, especialmente en Ministerios de Salud y en Universidades públicas, aunque también existen algunas empresas privadas involucradas en esta actividad (Meier 1995). La mayoría de los centros productores utilizan la metodología basada en la digestión
de las proteínas plasmáticas con pepsina y la posterior precipitación de los fragmentos F(ab’)2 de las inmunoglobulinas mediante adición de sulfato de amonio (Raw et al. 1991). Sin embargo, las tecnologías utilizadas en este proceso productivo han evolucionado en la región y se han efectuado algunos desarrollos tecnológicos en el área. Uno de ellos lo constituye la introducción de una planta cerrada para el procesamiento de plasma hiperinmune en el Instituto Butantan. Esta paquete tecnológico, de creación brasileña, se implementó en la década de los 80, como respuesta a un importante problema de abastecimiento de este producto en Brasil. Este desarrollo, adaptado y utilizado en los tres grandes centros productores de antiveneno de ese país, permite procesar grandes volúmenes de plasma y garantiza el abastecimiento de todo el antiveneno requerido en Brasil.
Otro desarrollo tecnológico destacado en la región lo constituyó la introducción de una nueva metodología en el procesamiento del plasma equino para la purificación de las inmunoglobulinas, basada en la precipitación de las proteínas no-inmunoglobulínicas del plasma mediante adición de ácido caprílico (Rojas et al. 1994). Esta tecnología, adaptada para procesamiento industrial de plasma en el Instituto Clodomiro Picado, es muy simple y económica, y genera un producto de alta pureza, eficacia, estabilidad y seguridad. El antiveneno producido con esta tecnología ha sido utilizado exitosamente en Centroamérica y Colombia (Otero et al. 1999, Arroyo et al. 1999). Es de destacar que la administración de este antiveneno se asocia con una incidencia muy baja de reacciones adversas tempranas en los pacientes, especialmente cuando se compara con antivenenos producidos mediante otras tecnologías (Otero-Patiño et al. 1998, Otero et al. 1999). Actualmente, esta tecnología está siendo utilizada exitosamente en otros países latinoamericanos.
Se han producido antivenenos contra los principales tipos de serpientes venenosas de la región. La mayoría de los centros productores se dedican a la producción de antivenenos eficaces contra venenos de especies de la familia Viperidae (Meier 1995), aunque algunos centros también producen antivenenos antielapídicos. Uno de los esfuerzos más destacados en este sentido lo constituyó la producción de un ‘antiveneno anticoral panamericano’, el cual es eficaz en la neutralización de los venenos de las más importantes serpientes Micrurus (Bolaños et al. 1978).
Otra línea de investigación importante la constituye el estudio de la capacidad neutralizante de los antivenenos, asociado con el desarrollo de técnicas de laboratorio que han permitido el análisis de la neutralización de efectos farmacológicos y enzimáticos específicos (Gutiérrez et al. 1996). Esta plataforma metodológica ha permitido evaluar, de manera rigurosa y detallada, la capacidad neutralizante de los antivenenos producidos en los diferentes países de la región. Estas técnicas constituyen un instrumento de gran utilidad para las autoridades de salud de la región para determinar cuáles antivenenos son eficaces en cada país (ver por ejemplo Otero et al. 1995). Finalmente, debe destacarse el empeño de diversos grupos por reducir el uso de ratones en las pruebas de potencia de los antivenenos, sustituyendo las pruebas in vivo por diversos métodos in vitro, tales como el ELISA (Maria et al. 1998).
Consideraciones finales
Este recorrido evidencia aportes importantes de los investigadores de la región en el conocimiento de la estructura y función de proteínas tóxicas presentes en venenos de serpientes y en el estudio de la fisiopatología de los envenenamientos, así como en la búsqueda de inhibidores de esas toxinas y en el mejoramiento de las tecnologías para la producción de antivenenos. Quedan pendientes muchas preguntas e interrogantes por enfrentar, muchas más de las que se ha podido esclarecer. Pese a que se ha dilucidado algunos aspectos importantes en el tema, los venenos de serpientes siguen constituyendo una fuente inagotable de sorpresa y asombro, por su complejidad bioquímica y farmacológica, por su enorme variabilidad y por su impacto en la salud pública. El futuro ofrece una infinidad de retos para los estudiosos de los venenos de serpientes en América Latina.
Agradecimientos
El autor agradece al personal del Instituto Clodomiro Picado, así como a diversos investigadores latinoamericanos, por los múltiples esfuerzos compartidos en el campo de la investigación toxinológica. Asimismo, agradece a la Vicerrectoría de Investigación de la Universidad de Costa Rica, el CONICIT, la International Foundation for Science, la red NeTropica y el Wellcome Trust por el financiamiento de proyectos de investigación.
]]> ResumenLa investigación científica sobre venenos de serpientes ha sido un campo de trabajo fructífero en América Latina. En la presente revisión se destacan algunos de los principales logros obtenidos en la comprensión de la estructura química y del mecanismo de acción de toxinas presentes en venenos de serpientes de la región. Además, se describen algunas líneas de trabajo en investigación clínica relacionada con el mejor conocimiento de la fisiopatología de estos envenenamientos en humanos y en el desempeño terapéutico de los antivenenos. También se destacan algunos logros en el desarrollo de tecnologías para la producción de antivenenos, así como en la caracterización de la capacidad neutralizante de estos inmunobiológicos.
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