(CNN) Jos olet niin epäonninen, että myrkyllinen käärme upottaa torahampaansa sinuun, paras toiveesi on vastamyrkky, jota on valmistettu samalla tavalla viktoriaanisista ajoista lähtien.

Siinä käärmeen myrkkyä lypsetään käsin ja ruiskutetaan hevosiin tai muihin eläimiin pieninä annoksina immuunivasteen aikaansaamiseksi. Eläimen veri otetaan ja puhdistetaan, jotta saadaan vasta-aineita, jotka toimivat myrkkyä vastaan.

Vastamyrkyn tuottaminen tällä tavoin voi olla sotkuista, vaarallisuudesta puhumattakaan. Prosessi on virhealtis, työläs ja valmis seerumi voi aiheuttaa vakavia sivuvaikutuksia.

Asiantuntijat ovat jo pitkään vaatineet parempia tapoja hoitaa käärmeenpuremia, jotka tappavat noin 200 ihmistä päivässä.

Nyt — vihdoin — tiedemiehet soveltavat kantasolututkimusta ja genomikartoitusta tähän pitkään sivuutettuun tutkimusalaan. He toivovat sen tuovan vastamyrkkyjen valmistuksen 2000-luvulle ja lopulta pelastavan tuhansia, ellei satojatuhansia ihmishenkiä joka vuosi.

Alankomaalaiset tutkijat ovat luoneet laboratoriossa kantasolujen avulla myrkkyä tuottavia rauhasia Cape Coral -käärmeestä ja kahdeksasta muusta käärmelajista. Käärmeen rauhasten pienoiskoossa olevien kolmiulotteisten jäljennösten tuottamat myrkyt ovat lähes identtisiä käärmeen myrkyn kanssa, ryhmä ilmoitti torstaina.

Rinnakkaisessa läpimurrossa intialaiset tiedemiehet ovat sekvensoineet intialaisen kobran perimän, joka on yksi maan neljästä suuresta käärmeestä, jotka aiheuttavat suurimman osan Intian 50 000:sta käärmeenpuremakuolemasta vuodessa.

”He ovat todella vieneet peliä eteenpäin”, sanoi Nick Cammack, brittiläisen lääketieteellistä tutkimusta tekevän hyväntekeväisyysjärjestö Wellcomen käärmeenpuremaryhmän johtaja. ”Nämä ovat massiivisia edistysaskeleita, koska ne tuovat vuoden 2020 tieteen alalle, jota on laiminlyöty.”

Syövästä käärmeen myrkkyyn

Hans Clevers, Utrechtissa sijaitsevan Hubrechtin kehitysbiologian ja kantasolututkimuksen instituutin johtava tutkija, ei koskaan odottanut käyttävänsä laboratorioitaan käärmeen myrkyn valmistamiseen.

Kymmenkunta vuotta sitten hän keksi tekniikan ihmisen organoidien – yksittäisten potilaiden kantasoluista tehtyjen miniatyyrielinten – valmistamiseksi. Niiden avulla lääkärit ovat voineet testata lääkkeiden erityisvaikutuksia turvallisesti kehon ulkopuolella, mikä on mullistanut ja yksilöllistänyt esimerkiksi syövän hoitoa.

Tutkijat ovat jäljentäneet Kap-korallikäärmeen myrkkyrauhasen, joka nähdään tässä Olomoucin eläintarhassa Tšekin tasavallassa 11. toukokuuta 2018.

Miksi hän sitten päätti viljellä käärmeen myrkkyrauhasen?

Cleversin mukaan se oli lähinnä hänen laboratoriossaan työskentelevien kolmen tohtorikoulutettavan päähänpisto, jotka olivat kyllästyneet hiirten ja ihmisten munuaisten, maksojen ja suolten monistamiseen. ”Luulen, että he istuivat alas ja kysyivät itseltään, mikä on ikonisin eläin, jota voimme viljellä. Ei ihmistä tai hiirtä. He sanoivat, että sen on oltava käärme. Käärmeen myrkkyrauhanen.”

”He olettivat, että käärmeillä olisi kantasoluja samalla tavalla kuin hiirillä ja ihmisillä on kantasoluja, mutta kukaan ei ollut koskaan tutkinut tätä”, Clevers sanoi.

Hankittuaan jälleenmyyjältä hedelmöittyneitä käärmeen munia tutkijat huomasivat, että he pystyivät ottamaan pienen palan käärmeen kudosta, joka sisälsi kantasoluja, ja kasvattamaan sitä lautasella, jossa oli sama kasvutekijä, jota he olivat käyttäneet ihmisen organoideja varten, vaikkakin alhaisemmassa lämpötilassa. He havaitsivat, että nämä käärmeen organoidit – vain millimetrin levyiset pienet pallot – tuottivat samoja myrkkyjä kuin käärmeen myrkky.

Käärmeen myrkkyrauhasen organoidit mikroskoopilla nähtynä./

”Avaa ne auki, ja saat paljon myrkkyä. Sikäli kuin voimme sanoa, se on identtistä. Olemme verranneet sitä suoraan saman käärmelajin myrkkyyn ja löydämme täsmälleen samat komponentit”, sanoo Clevers, joka oli yksi viime viikolla Cell-lehdessä julkaistun artikkelin kirjoittajista.

Ryhmä vertasi laboratoriossa valmistamaansa myrkkyä oikeaan geneettisellä tasolla ja toiminnan kannalta ja havaitsi, että lihassolut lakkasivat ampumasta, kun ne altistuivat synteettiselle myrkylleen.

Myrkyllinen spectacled cobra, joka tunnetaan myös nimellä intialainen kobra (Naja Naja) tai valkoinen kobra, nähdään lähellä maalausta sen aitauksen sisällä Kamla Nehru Zoological Gardenissa Ahmedabadissa 30. tammikuuta 2019.

Soluja ja DNA:ta, ei hevosia

Tämänhetkiset käytettävissämme olevat vastamyrkyt, jotka on tuotettu hevosilla, ei ihmisillä, aiheuttavat suhteellisen paljon haittavaikutuksia, jotka voivat olla lieviä, kuten ihottumaa ja kutinaa, tai vakavampia, kuten anafylaksiaa. Se on myös kallista tavaraa. Wellcome arvioi, että yksi injektiopullo vastamyrkkyä maksaa 160 dollaria, ja täysi kuuri vaatii yleensä useita injektiopulloja.

Vaikka ihmisillä, jotka sitä tarvitsevat, olisikin varaa siihen – suurin osa käärmeenpuremien uhreista asuu Aasian ja Afrikan maaseudulla – maailmalla on Wellcomen mukaan alle puolet tarvitsemistaan vastamyrkkyjen varastoista. Lisäksi vastamyrkkyjä on kehitetty vain noin 60 prosentille maailman myrkkykäärmeistä.

Tässä yhteydessä uudella tutkimuksella voisi olla kauaskantoisia seurauksia, sillä sen avulla tutkijat voisivat luoda biopankin noin 600 myrkkykäärmelajin käärmeiden rauhasorganoideista, joita voitaisiin käyttää rajattomien määrien käärmeenmyrkyn tuottamiseen laboratoriossa, Clevers sanoi.

”Seuraava askel on ottaa kaikki tämä tieto käyttöön ja ryhtyä tutkimaan uusia vastamyrkkyjä, jotka perustuvat molekyylisempään lähestymistapaan”, Clevers sanoi.

Vastamyrkyn luomiseksi voitaisiin käyttää geneettistä tietoa ja organoiditeknologiaa, jotta voitaisiin valmistaa erityisiä myrkyn komponentteja, jotka aiheuttavat eniten haittaa – ja tuottaa niistä monoklonaalisia vasta-aineita, jotka jäljittelevät elimistön immuunijärjestelmää taistelemaan myrkkyä vastaan, menetelmää, jota käytetäänkin jo syövän ja muiden tautien immunoterapiahoitojen yhteydessä.

”Tämä on hieno uusi tapa työskennellä myrkyn kanssa uusien hoitojen ja vastamyrkkyjen kehittämisen kannalta. Käärmeitä on hyvin vaikea hoitaa”, sanoi Cammack, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

Clevers sanoi, että hänen laboratorionsa aikoo nyt valmistaa myrkkyrauhasorganoideja maailman 50 myrkyllisimmästä eläimestä ja he aikovat jakaa tämän biopankin tutkijoiden kanssa maailmanlaajuisesti. Tällä hetkellä Clevers sanoi, että he pystyvät tuottamaan organoideja yhden kappaleen viikossa.

Mutta vastamyrkkyjen tuottaminen ei ole ala, johon lääkeyritykset eivät perinteisesti ole halunneet investoida, Clevers sanoi

Kampanjoijat kuvailevat usein käärmeenpuremia piilotetuksi terveyskriisiksi, sillä käärmeenpuremat tappavat enemmän ihmisiä kuin prostatasyöpä ja kolera maailmanlaajuisesti, Cammack sanoi.

”Niissä maissa, jotka kärsivät, ei ole rahaa. Älkää aliarvioiko, kuinka monta ihmistä kuolee. Hait tappavat noin 20 vuodessa. Käärmeet tappavat 100 000 tai 150 000”, Clevers sanoi.

”Olen pohjimmiltaan syöpätutkija ja olen järkyttynyt syöpätutkimukseen ja tähän tutkimukseen tehtyjen investointien erosta.”

Myrkky on monimutkainen cocktail

Yksi synteettisen vastamyrkyn valmistuksen haasteeksi muodostuu se, miten monimutkainen käärme lamauttaa saaliinsa. Sen myrkky sisältää useita eri komponentteja, joilla on erilaisia vaikutuksia.

Intialaiset tutkijat ovat sekvensoineet intialaisen kobran genomin yrittäessään purkaa myrkkyä.

Aiemmin tässä kuussa Nature Genetics -lehdessä julkaistu genomi on täydellisin käärmeen genomi, joka on koottu, ja se sisältää käärmeen myrkyn geneettisen reseptin, jolla luodaan yhteys käärmeen myrkkyjen ja niitä koodaavien geenien välillä. Kyse ei ole suoraviivaisesta cocktailista – ryhmä tunnisti 139:stä toksiinigeenistä 19 geeniä sellaisiksi, jotka aiheuttavat haittaa ihmisille.

”Tämä on ensimmäinen kerta, kun lääketieteellisesti erittäin tärkeä käärme on kartoitettu näin yksityiskohtaisesti”, sanoi Somasekar Seshagiri, voittoa tavoittelemattoman intialaisen SciGenom Research Foundation -tutkimuskeskuksen puheenjohtaja.

”Se luo käärmeen pohjapiirroksen, ja sen avulla saamme tietoa myrkkyrauhasista.” Seuraavaksi hänen tiiminsä aikoo kartoittaa sahakäärmeen, tavallisen kraitin ja Russellin käärmeen genomit – loput Intian ”neljästä suuresta käärmeestä”. Tämä voisi auttaa valmistamaan vastamyrkkyä rauhasista, koska oikeat proteiinit on helpompi tunnistaa.

Kumpikin läpimurto helpottaa myös sen selvittämistä, ovatko jotkin käärmeen myrkyn sisältämät voimakkaat molekyylit itsessään lääkkeinä käyttämisen arvoisia – jolloin käärmeet voivat vaikuttaa ihmisten terveyteen eri tavalla kuin luonto on tarkoittanut – ihmishenkiä pelastamalla.

Käärmeen myrkystä on valmistettu lääkkeitä, joilla hoidetaan verenpainetautia (epätavallisen korkea verenpaine) ja sydänsairauksia, kuten angiinaa.

”Sen lisäksi, että myrkky on pelottavaa, se on hämmästyttävän hyödyllistä”, Seshagari sanoi.