Войти
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК 1- (9-азабицикло [4.2.1] non-2-en-2-ил) этан-1-он | |
| Другие названия Анатоксин A | |
| Идентификаторы | |
| Номер CAS | |
| 3D-модель (JSmol ) | |
| ChEMBL |
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.215.761  |
| KEGG | |
| PubChem CID | |
| UNII | |
| Панель управления CompTox (EPA ) | |
InChI
| |
УЛЫБКА
| |
| Свойства | |
| Химическая формула | C10H15NO |
| Молярная масса | 165,232 |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 Y (что такое ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Анатоксин-а, также известный как Очень быстрый фактор смерти (VFDF ), является вторичным, бициклическим амин алкалоид и цианотоксин с острой нейротоксичностью. Впервые он был обнаружен в начале 1960-х годов в Канаде и был выделен в 1972 году. Токсин вырабатывается несколькими родами цианобактерий, и о нем сообщалось в Северной Америке, Южной Америке, Центральной Америке, Европе, Африке и других странах. Азия и Океания. Симптомы отравления анатоксином-а включают потерю координации, мышечные фасцикуляции, судороги и смерть от паралича дыхания. Его механизм действия осуществляется через никотиновый ацетилхолиновый рецептор (nAchR), где он имитирует связывание природного лиганда рецептора, ацетилхолина. Таким образом, анатоксин-а использовался в медицинских целях для исследования заболеваний, характеризующихся низким уровнем ацетилхолина. Из-за своей высокой токсичности и потенциального присутствия в питьевой воде анатоксин-а представляет угрозу для животных, в том числе для человека. Хотя существуют методы обнаружения и очистки воды, ученые призвали к проведению дополнительных исследований для повышения надежности и эффективности. Анатоксин-а не следует путать с гуанитоксином (ранее анатоксин-а (S)), еще одним сильнодействующим цианотоксином, который имеет механизм действия, аналогичный механизму действия анатоксина-а, и вырабатывается многими из тех же cyanobacteria родов, но структурно не связаны.
Анатоксин-а был впервые обнаружен П. Р. Горхэмом в начале 1960-х годов после того, как несколько стад крупного рогатого скота погибли в результате питья воды из озера Саскачеван в Онтарио, Канада, которое содержали токсичные водоросли. Он был выделен в 1972 году Дж. П. Девлином из цианобактерий.
Анатоксин-а - нейротоксин, вырабатываемый несколькими видами пресноводных цианобактерий, которые встречаются в водоемах по всему миру. Известно, что некоторые пресноводные цианобактерии солеустойчивы, поэтому анатоксин-а может быть обнаружен в эстуариях или других соленых средах. Цветение цианобактерий, производящих анатоксин-а среди других цианотоксинов, увеличивается по частоте из-за повышения температуры, расслоения и эвтрофикации из-за стока питательных веществ. Эти обширные цианобактериальные вредоносные цветения водорослей, известные как цианоВЦВ, увеличивают количество цианотоксинов в окружающей воде, угрожая здоровью как водных, так и наземных организмов. Некоторые виды цианобактерий, продуцирующие анатоксин-а, не вызывают цветения поверхностных вод, а вместо этого образуют бентосные маты. Многие случаи гибели животных, связанных с анатоксином, произошли из-за проглатывания отделившихся бентосных цианобактериальных матов, выброшенных на берег.
Цианобактерии, продуцирующие анатоксин, также были обнаружены в почве и водных растениях. Анатоксин-a хорошо поглощается отрицательно заряженными участками в глинистых, богатых органическими веществами почвах и слабо - на песчаных почвах. Одно исследование обнаружило как связанный, так и свободный анатоксин-а в 38% водных растений, отобранных в 12 водохранилищах Небраскана, при этом количество связанного анатоксина-а гораздо выше, чем свободного.
В 1977 году, Кармайкл, Горхэм и Биггс экспериментировали с анатоксином-а. Они ввели токсичные культуры A. flos-aquae в желудки двух молодых телят-самцов и заметили, что мышечные фасцикуляции и потеря координации происходили в считанные минуты, в то время как смерть из-за дыхательной недостаточности наступала от нескольких минут до нескольких часов.. Они также установили, что длительные периоды искусственного дыхания не позволяли провести детоксикацию и возобновить естественное нервно-мышечное функционирование. На основе этих экспериментов они подсчитали, что минимальная оральная летальная доза (МЛД) (водорослей, а не молекулы анатоксина) для телят составляет примерно 420 мг / кг массы тела.
В том же году Девлин и коллеги открыли бициклическую структуру вторичного амина анатоксина-а. Они также выполнили эксперименты, аналогичные экспериментам Кармайкла и др. на мышах. Они обнаружили, что анатоксин-а убивает мышей через 2–5 минут после внутрибрюшинной инъекции, которой предшествуют подергивания, мышечные спазмы, паралич и остановка дыхания, отсюда и название «Очень быстрый фактор смерти». Они определили LD50 для мышей, равную 250 мкг / кг массы тела.
Электрофизиологические эксперименты, проведенные Spivak et al. (1980) на лягушках показали, что анатоксин-а является мощным агонистом нАХР мышечного типа α12βγδ. Анатоксин-а вызвал деполяризующую нервно-мышечную блокаду, контрактуру прямой мышцы живота лягушки, деполяризацию портняжной мышцы лягушки, десенсибилизацию и изменение потенциала действия. Позже Thomas et al. (1993) в своей работе с субъединицами nAChR курицы α4β2, экспрессируемыми на мышиных клетках M10, и nAChR курицы α7, экспрессируемыми в ооцитах Xenopus laevis, показали, что анатоксин-a также является сильнодействующим веществом. агонист нейронального nAChR.
Лабораторные исследования с использованием мышей показали, что характерные эффекты острого отравления анатоксином-а при внутрибрюшинной инъекции включают мышечные фасцикуляции, тремор, шатание, удушье, паралич дыхания и смерть в течение нескольких минут. Рыбки данио, подвергшиеся воздействию анатоксина - загрязненной воды, изменили частоту сердечных сокращений.
Были случаи нелетального отравления у людей, употреблявших воду из ручьев и озер, содержащих различные виды цианобактерий, способных производить анатоксин. -а. Последствия нелетального отравления были в первую очередь желудочно-кишечными: тошнота, рвота, диарея и боли в животе.
Проглатывание питьевой воды или воды для отдыха, которая загрязнен анатоксином-а, может иметь фатальные последствия, поскольку в исследованиях на животных было обнаружено, что анатоксин-а быстро всасывается через желудочно-кишечный тракт. Были зарегистрированы десятки случаев гибели животных из-за проглатывания анатоксина - загрязненной воды из озер или рек, и подозревается, что это также стало причиной смерти одного человека. Одно исследование показало, что анатоксин-а способен связываться с рецепторами ацетилхолина и вызывать токсические эффекты с концентрациями в наномолярном (нМ) диапазоне при проглатывании.
Кожный контакт является наиболее сильным. вероятная форма контакта с цианотоксинами в окружающей среде. Воздействие рек, ручьев и озер, загрязненных цветением водорослей, в рекреационных целях, вызывает раздражение кожи и сыпь. Первое исследование, в котором изучались in vitro цитотоксические эффекты анатоксина-а на пролиферацию и миграцию клеток кожи человека, обнаружило, что анатоксин-а не оказывал никакого эффекта при дозе 0,1 мкг. / мл или 1 мкг / мл, и слабый токсический эффект при 10 мкг / мл только после продолжительного периода контакта (48 часов).
Нет данных об ингаляционной токсичности анатоксина -a в настоящее время доступен, хотя тяжелый респираторный дистресс возник у водного лыжника после того, как он вдохнул водяную струю, содержащую цианобактериальный нейротоксин сакситоксин. Возможно, что вдыхание водяных брызг, содержащих анатоксин-а, может иметь аналогичные последствия.
Анатоксин-а является агонистом нейронных α4β2 и α4 никотиновых рецепторов ацетилхолина, присутствующих в ЦНС, а также нАХР мышечного типа α12βγδ, которые присутствуют в нервно-мышечное соединение. Анатоксин-а имеет сродство к этим рецепторам примерно в 20 раз больше, чем у ацетилхолина. Однако цианотоксин мало влияет на мускариновые рецепторы ацетилхолина; он имеет в 100 раз меньшую селективность по отношению к этим типам рецепторов, чем по отношению к nAchR. Анатоксин-а также проявляет гораздо меньшую активность в ЦНС, чем в нервно-мышечных соединениях. В нейронах гиппокампа и ствола головного мозга для активации нАХР требовалась в 5-10 раз более высокая концентрация анатоксина-а, чем та, которая требуется в ПНС.
В нормальных условиях ацетилхолин связывается с нАХР в постсинаптическом мембрана нейрона, вызывающая конформационное изменение внеклеточного домена рецептора, которое, в свою очередь, открывает поры канала. Это позволяет ионам Na и Ca перемещаться в нейрон, вызывая деполяризацию клеток и вызывая генерацию потенциалов действия, что позволяет сокращать мышцы. Затем нейромедиатор ацетилхолина отделяется от nAchR, где он быстро расщепляется на ацетат и холин под действием ацетилхолинэстеразы.
Действие анатоксина-a на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы в нервно-мышечном соединении Анатоксин-a вызывает связывание этих nAchR те же эффекты в нейронах. Однако связывание анатоксина с a необратимо, и комплекс анатоксин-a nAchR не может быть разрушен ацетилхолинэстеразой. Таким образом, nAchR временно заблокирован открытым и через некоторое время становится десенсибилизированным. В этом десенсибилизированном состоянии нАХР больше не пропускают катионы, что в конечном итоге приводит к блокировке нервно-мышечной передачи.
Два энантиомера анатоксина-а, положительный энантиомер, (+) анатоксин-а, в 150 раз больше более мощный, чем синтетический отрицательный энантиомер, (-) анатоксин-а. Это связано с тем, что (+) анатоксин-а, конформация s-цисенона, имеет расстояние 6,0 Å между азотом и карбонильной группой, что хорошо соответствует расстоянию 5,9 Å, разделяющему азот и кислород в ацетилхолине.
Остановка дыхания, в результате которой в мозг не поступает кислород, является наиболее очевидным и смертельным эффектом анатоксина-а. Инъекции смертельных доз анатоксина-а мышам, крысам, птицам, собакам и телятам показали, что смерти предшествует последовательность мышечных фасцикуляций, снижение подвижности, коллапс, учащенное брюшное дыхание, цианоз и судороги.. У мышей анатоксин-а также серьезно влиял на артериальное давление и частоту сердечных сокращений и вызывал тяжелый ацидоз.
С тех пор было зарегистрировано множество случаев гибели животных и животных из-за анатоксина-а. его открытие. Смерть домашних собак из-за цианотоксина, как определено анализом содержимого желудка, наблюдалась на нижнем Северном острове в Новой Зеландии в 2005 году, на востоке Франции в 2003 году, в Калифорнии в США в 2002 и 2006 годах, в Шотландии в 1992, а в Ирландии в 1997 и 2005 годах. В каждом случае у собак начинались мышечные судороги в течение нескольких минут и они умирали в течение нескольких часов. В США, Канаде и Финляндии в период с 1980 по настоящее время зарегистрированы многочисленные случаи гибели крупного рогатого скота в результате употребления воды, зараженной цианобактериями, производящими анатоксин-а.
Фламинго на озере Богория Особенно интересный случай анатоксин-а отравлен меньшими фламинго в озере Богория в Кении. Цианотоксин, который был обнаружен в желудках и фекалиях птиц, убил примерно 30 000 фламинго во второй половине 1999 года и продолжает вызывать массовые гибели ежегодно, опустошая популяцию фламинго. Токсин попадает в организм птиц через воду, загрязненную сообществами цианобактерий, которые возникают из горячих источников на дне озера.
Синтезируется анатоксин-а. in vivo у вида Anabaena flos aquae, а также у нескольких других родов цианобактерий. Анатоксин-а и родственные ему химические структуры производятся с использованием ацетата и глутамата. Дальнейшее ферментативное восстановление этих предшественников приводит к образованию анатоксина-а. Гомоанатоксин, аналогичное химическое вещество, производится Oscillatoria formosa и использует тот же предшественник. Однако гомоанатоксин подвергается присоединению метила с помощью S-аденозил-L_метионина вместо присоединения электронов, что приводит к аналогичному аналогу.
Первым биологически встречающимся исходным веществом для расширения тропана до анатоксина-а был кокаин, который имеет сходную с анатоксином-а стереохимию. Кокаин сначала превращается в эндо-изомер циклопропана, который затем фотолитически расщепляется с получением альфа-, бета-ненасыщенного кетона. При использовании диэтилазодикарбоксилата кетон деметилируется и образуется анатоксин-а. Аналогичный, более поздний путь синтеза включает производство 2-тропинона из кокаина и обработку продукта этилхлорформиатом с образованием бициклического кетона. Этот продукт объединяют с триметилсилилдиазилметаном, алюминийорганической кислотой Льюиса и триметилсиниленольным эфиром с получением тропинона. Этот метод включает еще несколько стадий, в результате которых получают полезные промежуточные продукты, а также анатоксин-а в качестве конечного продукта.
Кокаин, предшественник синтеза анатоксина-а Первая и наиболее широко распространенная исследованный подход, используемый для синтеза анатоксина-а in vitro, циклооктен циклизация включает 1,5-циклоокадиен в качестве исходного источника. Это исходное вещество реагирует с образованием метиламина и объединяется с бромистоводородной кислотой с образованием анатоксина-а. Другой метод, разработанный в той же лаборатории, использует аминоспирт в сочетании с ацетатом ртути (II) и борогидридом натрия. Продукт этой реакции превращался в альфа, бета-кетон и окислялся этилазодикарбоксилатом с образованием анатоксина-а.
Этот метод получения анатоксина-а был одним из впервые использованный, который не использует химически аналогичное исходное вещество для образования анатоксина. Вместо этого используется рацемическая смесь 3-тропинона с хиральным основанием амида лития и дополнительными реакциями расширения кольца для получения промежуточного кетона. Добавление органокупрата к кетону дает производное енола трифлата, которое затем гидрогенизируют и обрабатывают агентом для снятия защиты для получения анатоксина-а. Аналогичные стратегии были также разработаны и использованы другими лабораториями.
Циклизация иминиевых ионов использует несколько различных путей для создания анатоксина-а, но каждый из них производит и прогрессирует с пирролидин-иминиевый ион. Основные различия в каждом пути связаны с прекурсорами, используемыми для получения иона имиия, и общим выходом анатоксина-а в конце процесса. Эти отдельные пути включают образование солей алкилиминия, солей ацилиминия и солей тозилиминия.
Энинный метатезис анатоксина-а включает использование механизма замыкания цикла и является одним из более поздние достижения в области синтеза анатоксина. Во всех методах, включающих этот путь, пироглутаминовая кислота используется в качестве исходного материала в сочетании с катализатором Грабба. Подобно циклизации иминия, при первой попытке синтеза анатоксина-а с использованием этого пути в качестве промежуточного соединения использовался 2,5-цис-пирролидин.
Анатоксин-а нестабилен в вода и другие природные условия, а в присутствии УФ-света претерпевает фотодеградацию, превращаясь в нетоксичные продукты дигидроанатоксин-а и эпоксианатоксин-а. Фотодеградация анатоксина-а зависит от pH и интенсивности солнечного света, но не зависит от кислорода, что указывает на то, что разложение под действием света не достигается в процессе фотоокисления.
Исследования показали, что некоторые микроорганизмы способны к разлагающий анатоксин-а. Исследование, проведенное Кивирантой и его коллегами в 1991 году, показало, что бактериальный род Pseudomonas способен разлагать анатоксин-а со скоростью 2–10 мкг / мл в день. Более поздние эксперименты, проведенные Rapala и коллегами (1994), подтвердили эти результаты. Они сравнили влияние стерилизованных и нестерилизованных отложений на разложение анатоксина-а в течение 22 дней и обнаружили, что по истечении этого времени флаконы со стерилизованными осадками показали аналогичные уровни анатоксина-а, как в начале эксперимента, в то время как флаконы с нестерилизованным осадком показали снижение на 25-48%.
Существует две категории методов обнаружения анатоксина-а. Биологические методы включают введение образцов мышам и другим организмам, более часто используемым в экотоксикологическом тестировании, таким как рассольная креветка (Artemia salina), личинки пресноводных ракообразных и личинки различных насекомых. Проблемы с этой методологией включают невозможность определить, является ли это анатоксином-а или другим нейротоксином, который вызывает смертельный исход. Для таких испытаний также необходимы большие количества образца материала. Помимо биологических методов, ученые использовали хроматографию для обнаружения анатоксина-а. Это осложняется быстрой деградацией токсина и отсутствием коммерчески доступных стандартов для анатоксина-а.
Несмотря на относительно низкую частоту приема анатоксина-а по сравнению с другими цианотоксинами, его высокая токсичность (летальная доза для человека неизвестна, но, по оценкам, составляет менее 5 мг для взрослого мужчины), означает, что он по-прежнему считается серьезной угрозой для наземных и водных организмов, в первую очередь для домашнего скота и людей. Предполагается, что анатоксин-а был причастен к смерти по крайней мере одного человека. Угроза, исходящая от анатоксина-а и других цианотоксинов, возрастает по мере того, как стоки удобрений приводят к эвтрофикации озер и рек, а более высокие глобальные температуры способствуют увеличению частоты и распространенности цветения цианобактерий
<. 175>Водные нормыВсемирная организация здравоохранения в 1999 г. и EPA в 2006 г. пришли к выводу, что данных о токсичности анатоксина-а недостаточно, чтобы установить формальный допустимый суточный уровень потребления (TDI), хотя в некоторых местах введены собственные уровни.
Анатоксин-а не регулируется в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде, но штатам разрешено устанавливать свои собственные стандарты для загрязнителей, которые не регулируются. В настоящее время четыре штата установили рекомендательные уровни содержания анатоксина-а в питьевой воде, как показано в таблице ниже. 8 октября 2009 г. EPA опубликовало третий список кандидатов на загрязнение питьевой воды (CCL), который включал анатоксин-а (среди других цианотоксинов), указывая на то, что анатоксин-а может присутствовать в системах водоснабжения общего пользования, но не регулируется EPA. Присутствие анатоксина-а в CCL означает, что в будущем ему может потребоваться регулирование EPA в ожидании получения дополнительной информации о его воздействии на здоровье человека.
| Состояние | Концентрация (мкг / л) |
|---|---|
| Миннесота | 0,1 |
| Огайо | 20 |
| Орегон | 0,7 |
| Вермонт | 0,5 |
В 2008 году в штате Вашингтон был введен рекреационный рекомендательный уровень для анатоксина-а, равный 1 мкг / л, чтобы лучше управлять цветением водорослей в озерах и защищать пользователей от их воздействия.
В канадской провинции Квебек максимальное допустимое значение для питьевой воды анатоксина-а составляет 3,7 мкг / л.
Новый В Зеландии максимальное допустимое значение анатоксина-а для питьевой воды составляет 6 мкг / л.
На данный момент нет официальных рекомендаций по уровню анатоксина-а, хотя, по оценкам ученых, что уровень 1 мкг на л будет достаточно низким. Точно так же нет официальных инструкций относительно тестирования на анатоксин-а. Среди методов снижения риска цианотоксинов, включая анатоксин-а, ученые благосклонно относятся к методам биологической очистки, поскольку они не требуют сложной технологии, не требуют особого обслуживания и имеют низкие эксплуатационные расходы. Несколько вариантов биологической очистки были протестированы конкретно на анатоксин-а, хотя был идентифицирован вид Pseudomonas, способный биоразлагать анатоксин-а со скоростью 2–10 мкг / мл. Биологический (гранулированный) активированный уголь (BAC) также был протестирован как метод биоразложения, но пока неясно, произошло ли биоразложение или анатоксин-а просто адсорбировал активированный уголь. Другие призвали к дополнительным исследованиям, чтобы узнать больше о том, как эффективно использовать активированный уголь.
Методы химической обработки более распространены при очистке питьевой воды по сравнению с биологической очисткой, и для анатоксина-а было предложено множество способов. Окислители, такие как перманганат калия, озон, и усовершенствованные процессы окисления (АОП ) способствовали снижению уровня анатоксина-а, но другие, включая фотокатализ, УФ фотолиз и хлорирование, не показали большой эффективности.
Непосредственное удаление цианобактерий в процессе обработки воды путем физической обработки (например, мембранная фильтрация ) - еще один вариант, поскольку большая часть анатоксина-а содержится в клетках, когда цветение растет.. Однако анатоксин-а высвобождается из цианобактерий в воду, когда они стареют и лизируются, поэтому физическая обработка не может удалить весь присутствующий анатоксин-а. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы найти более надежные и эффективные методы как обнаружения, так и лечения.
Анатоксин-а является очень мощным агонистом никотиновых ацетилхолиновых рецепторов и поэтому широко используется изучается в лечебных целях. Он в основном используется в качестве фармакологического зонда для исследования заболеваний, характеризующихся низким уровнем ацетилхолина, таких как мышечная дистрофия, миастения, болезнь Альцгеймера и Болезнь Паркинсона. В настоящее время проводятся дальнейшие исследования анатоксина-а и других менее эффективных аналогов в качестве возможных замен ацетилхолина.
