Un estudio reconstruye la historia evolutiva de seis venenos de serpiente

El conocimiento del mecanismo de las toxinas del veneno de la serpiente puede tener aplicaciones en biotecnología

La selección natural ha favorecido los venenos de serpiente que han resultado más efectivos en la «carrera armamentística» entre el depredador y su presa”, explica el investigador Juan J. Calvete, del Instituto de Biomedicina de Valencia, que ha llevado a cabo el estudio en colaboración con la Liverpool School of Tropical Medicine y la Universidad de Bangor (Reino Unido). “Las toxinas de los venenos de serpiente han evolucionado hacia versiones más potentes y selectivas de dianas moleculares que realizan funciones fisiológicas esenciales en la presa. Actúan destruyendo el sistema muscular,  alterando el sistema cardiovascular, y los sistemas nervioso central y periférico”.

Estos venenos tienen una composición muy variable entre diferentes especies y géneros de serpientes. Pero los mecanismos evolutivos de esta variabilidad se han estudiado poco. “En nuestro análisis hemos reconstruido la historia evolutiva de los venenos de cuatro especies congenéricas de importancia médica  (Echis ocellatus, E. coloratus, E. pyramidum leakeyi y E. carinatus sochureki) y de dos especies de géneros hermanos (Bitis arietans y Cerastes cerastes), para investigar el origen de la variabilidad en la composición tóxica de sus venenos”, añade el investigador.

El estudio ha mostrado un complejo patrón con procesos que actúan de forma distinta en cada especie analizada. “La ausencia de un mecanismo general que dé cuenta de la variabilidad de la composición y la toxicidad de venenos, incluso de especies cercanas, impide la utilización de una hipótesis filogenética para la elaboración de antídotos poliespecíficos”, señala el científico.

“Este hecho indica que la generación y el rango de aplicación clínica de un antiveneno deben estar basados en un conocimiento detallado del fenotipo tóxico de los venenos contra los que se quiere dirigir”, añade Calvete. “Nuestro laboratorio de Venómica Estructural y Funcional ha desarrollado técnicas de proteómica para dilucidad la composición proteica precisa de venenos de serpientes”, agrega.

El conocimiento del mecanismo de las toxinas del veneno de la serpiente puede tener aplicaciones en biotecnología. “Las toxinas de venenos de serpientes han sido optimizadas durante decenas  de millones de años de evolución para bloquear potente y selectivamente receptores vitales de la presa. Algunas de estas moléculas esenciales para la homeostasis de la presa están funcionalmente alteradas en determinadas patologías humanas”, indica el investigador.

La industria farmacéutica  ya trabaja en numerosas aplicaciones de las toxinas del veneno de serpiente. “Por ejemplo, el potente antiagregante plaquetario Eptifibatide está basado en la estructura de una toxina de Sistrurus m. barbouri;  drogas hipotensoras, como el Captopryl, han sido diseñadas a partir de péptidos potenciadores del sistema de la bradiquinina aislados del veneno de Bothrops jararaca; y del veneno de la mamba negra también se ha aislado toxinas que bloquean selectivamente nocireceptores (canales que participan en la sensación de dolor).”

“Esta vertiente biotecnológica de las toxinas de venenos de serpientes se beneficiaría mucho de un conocimiento detallado de los mecanismos que median en la transformación de una proteína ordinaria en una toxina específica”, concluye Calvete, “pues permitiría diseñar sistemas de evolución dirigida para generar antagonistas específicos de los receptores alterados en patologías humanas”.

Nicholas R. Casewell, Simon C. Wagstaff, Wolfgang Wüster, Darren A. N. Cook, Fiona M. S. Bolton, Sarah I. King, Davinia Pla, Libia Sanz, Juan J. Calvete, y Robert A. Harrison. Medically important differences in snake venom composition are dictated by distinct postgenomic mechanisms. PNAS. Doi:10.1073/pnas.1405484111