i

Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Past na tichého zabijáka: protijed proti oxidu uhelnatému

 |  15. 2. 2017
 |  Téma: Jedy

Je bezbarvý, není nijak cítit, nedráždí ke kašli, neslzní z něj oči. Zvýšenou koncentraci oxidu uhelnatého ve vzduchu člověk zaznamená, až když se tkáním nedostává kyslíku. Nový protijed by mohl naději pacientů na přežití a rychlé zotavení významně zvýšit.

Oxid uhelnatý (CO) vzniká při nedokonalém spalování v kotlích, kamnech, karmách i spalovacích motorech. Nadýchání se tohoto plynu patří celosvětově k nejčastějším příčinám otrav. V České republice lékaři otravu oxidem uhelnatým diagnostikují u tisíců lidí ročně, kolem 150 z nich umírá (jsou ale mezi nimi i oběti požárů), další mají dlouhodobé následky – neurologické potíže se mohou projevovat i šest let po otravě.

Hemoglobin v červených krvinkách váže oxid uhelnatý ochotněji než kyslík, takže i malé množství tohoto plynu dovede významně omezit transport kyslíku krví. Oxid uhelnatý navíc podobně jako kyanid přímo inhibuje mitochondriální respiraci v tkáních.

Otravu lze léčit inhalací čistého kyslíku nebo umístěním pacienta do přetlakové komory (hyperbarická kyslíková terapie) ve snaze nahradit oxid uhelnatý co nejrychleji kyslíkem. Bez těchto opatření se při pouhém pobytu na neznečištěném vzduchu organismus zbaví poloviny CO asi za 320 minut. Podáním čistého kyslíku lze tento čas zkrátit na 74 minut, v přetlakové komoře na 24 minut. Zpravidla ale trvá poměrně dlouho, než se pacientovi této pomoci dostane. Mnohdy je navíc třeba zároveň zajistit umělou plicní ventilaci a další intenzivní péči, což využití přetlakové komory komplikuje.

Lékaři by proto uvítali nějakou rychlejší a účinnější pomoc. Ideálně protijed, který by bylo možno pacientovi přímo na místě aplikovat a potlačit negativní účinky CO v těle. Tým vědců z University of Pittsburgh takový potenciální protijed představil v časopise Science Translational Medicine (DOI: 10.1126/scitranslmed.aah6571), byť jeho účinky zatím demonstroval pouze in vitro a na myších.

Vylepšený protein

Jako základní „surovina“ pro přípravu protijedu posloužil lidský neuroglobin – hemoglobinu příbuzný intracelulární protein z nervových buněk, které chrání před poškozením při dočasném nedostatku kyslíku. Je běžný jak v mozku obratlovců, tak v periferních částech nervové soustavy včetně sítnice.

Autoři výzkumu neuroglobin upravili tak, aby vázal oxid uhelnatý asi pětsetkrát silněji než hemoglobin. Kyslík sice váže také, ale tisíckrát slaběji. Molekuly CO proto dávají vazbě na upravený neuroglobin přednost, z hemoglobinu se uvolňují a prázdné místo může opět obsadit kyslík.

K vytvoření účinného lapače CO stačila záměna čtyř aminokyselin: jednoho z histidinů vážících železo v hemové skupině za glutamin a tří cysteinů za méně reaktivní aminokyseliny. Gen s příslušně upravenou sekvencí vědci vložili do bakterie Escherichia coli, která pro ně vylepšený neuroglobin vyrobila ve velkém.

Pokusy in vitro

První série pokusů ověřovala účinnost upraveného neuroglobinu v podmínkách in vitro. Izolovaný hemoglobin zcela nasycený oxidem uhelnatým se po ponechání na čistém vzduchu zbavil poloviny molekul CO za 222 minut, zatímco v přítomnosti upraveného neuroglobinu se stejného efektu podařilo dosáhnout za 6,5 sekundy. Za půl minuty proběhl přesun molekul plynu z hemoglobinu na neuroglobin prakticky úplně.

V kultuře lidských červených krvinek se polovina molekul CO z hemoglobinu uvolnila na čistém vzduchu za déle než 500 minut, protože plyny tentokrát musely projít přes buněčnou membránu. Přidání neuroglobinu proces opět dramaticky urychlilo: polovina molekul CO se z hemoglobinu uvolnila za 24,5 sekundy, k nule výměna dospěla po necelých dvou minutách.

Přiotrávené myši – a co dál?

Rychlé „očištění“ hemoglobinu v laboratorní aparatuře je sice pěkné, v organismu ale může být vše jinak. Následovaly proto pokusy na myších.

Autoři výzkumu vystavili laboratorní myšky smrtelné dávce oxidu uhelnatého a poté jim aplikovali upravený neuroglobin. Za necelou minutu se myším začal vracet tep k normálu (po vystavení oxidu uhelnatému se zpomalil z 269 na 144 tepů za minutu), k fyziologickým hodnotám stoupl i krevní tlak. U kontrolní skupiny, která dostala pouze fyziologický roztok, obě hodnoty dále klesaly.

Sedm z osmi myší ošetřených neuroglobinem přežilo (87,5 %), zatímco v jedné z kontrolních skupin přežila jediná myš z deseti, ve druhé ze sedmi ani jedna. Vědci nicméně zdůrazňují, že nestudovali případná neurologická poškození přeživších myší.

Organismus myší se neuroglobinu rychle zbavil, do třinácti minut po podání už byla polovina molekul proteinu v moči.

Autoři nezaznamenali žádné vedlejší účinky (provedli chemický rozbor krve, histologii ledvin a nezjistili přítomnost upraveného neuroglobinu v játrech, ledvinách, srdci, mozku ani v plicích).

S ohledem na bezpečné dávkování u člověka odhadují, že podáním upraveného neuroglobinu by u člověka bylo možno snížit nasycení hemoglobinu oxidem uhelnatým o 10 až 15 procentních bodů (například z 30 % na 15 až 20 % molekul hemoglobinu), což by významně zvýšilo šanci pacienta na přežití a na zotavení bez dlouhodobých následků.

Od pokusů na myších je však k využití v klinické praxi ještě dlouhá cesta, na níž čeká řada překážek. A každá z nich může poslat nadějnou molekulu k ledu.

TÉMA MĚSÍCE: Jedy

O autorovi

Ondřej Vrtiška

Mgr. Ondřej Vrtiška (*1976) je původním vzděláním biolog se specializací na hydrobiologii (PřF UK), utekl z oborů žurnalistika a kulturní antropologie (obojí FSV UK). Od r. 2001 pracuje jako vědecký novinář, na téma „věda v médiích“ přednáší pro vědce i pro laickou veřejnost. Z úžasu nevycházející pozorovatel memetické vichřice. Občas napíná plachty, občas staví větrolam.
Vrtiška Ondřej

Další články k tématu

Pozor, jed!

Jed je látka, která po vniknutí do organismu způsobí jeho poškození. Schopnost využít tohoto mechanismu ve svůj prospěch dává evoluční výhodu těm,...

Záhadná smrt Tychona Braheaudio

Smrt dánského astronoma Tychona Brahe mohla ovlivnit událost, ke které došlo o dva měsíce dříve. Právě v tomto období v Brahových vlasech začaly...

Kdo chce glyfosát bít, nějakou studii si najdeuzamčeno

Oblíbený zemědělci, lesníky a zahradníky, nenáviděný environmentalisty a výživovými poradci – to je glyfosát, herbicid, jehož hospodářský přínos a...

Kyslíková odysea

Když se před asi třemi miliardami let zdánlivě bezvýznamná skupina prokaryot naučila nový metabolický trik, nějakou dobu se nic dramatického...

Jedy a mýty

Jedy v potravinách straší každého. Kde na nás číhá největší nebezpečí a kdo pečuje o naše zdraví, o tom si povídáme s profesorkou Janou Hajšlovou z...

Padělky na zabitíuzamčeno

Koncem loňského roku zemřelo 74 obyvatel ruského Irkutsku, kteří si koupili pěnu do koupele jménem Bojaryšnik. Důvodem nebyl jejich smysl pro...

Xenobiotika

Jed je látka, která je schopná poškodit živý organismus, způsobit nemoc nebo smrt, pokud je pozřena, vdechnuta nebo vstřebána kůží. Ale jak nás...

Útok na supy

Více než třicet let drasticky klesá početnost supů ve Starém světě. Nejvíce se na tomto stavu podílely jedy. V jednom případě se jedem stalo...

Král jedů

Pokud bychom pátrali po látce, kterou byli lidé nejčastěji tráveni, bezesporu by vyhrál oxid arzenitý (As2O3) neboli...

Otrava v normě

Kdy může malé množství jedu prospívat a kdy škodit? Lze člověka otrávit i bez jedu?

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné