Plant Profiles in Chemical Ecology

Taxus brevifolia, powszechnie znany jako Cis Pacyficzny lub Cis Zachodni, jest częścią rodziny Taxaceae. Rodzina ta, znana z czerwonych, jagodowych szyszek nasiennych (Epel, 1996), ma zarówno dalekosiężną historię, jak i interesującą przyszłość. Nasi angielscy sąsiedzi mają Taxus baccata, który ma podobne właściwości do naszych pacyficznych gatunków.

Zacznijmy od ciemnej strony cisa. Kiedyś nazywany „drzewem cmentarnym” w Anglii (Stewart, 2009) cis ma reputację drzewa powodującego nagłą śmierć zarówno u ludzi jak i zwierząt gospodarskich. Istnieją nawet doniesienia, że starożytne cisy zostały wyrwane z korzeniami, w które wplątane były kości (Stewart, 2009). Każda część drzewa jest trująca, z wyjątkiem czerwonych szypułek, choć te nadal zawierają trujące nasiona. Dzieci są bardzo podatne na zatrucie z powodu kuszących jagód, a zwierzęta gospodarskie i domowe mają ponurą historię z cisem. Kiedyś używano go do popełniania samobójstw w czasach wojny, nawet naczynia na żywność i napoje wykonane z drewna cisu mogły zatruć tych, którzy z nich jedli (Stewart, 2009). To historycznie śmiercionośne drzewo zawdzięcza swoją sławę alkaloidowi, a konkretnie taksynie. Ten fitochemikalia jest przechowywany w prawie każdej części drzewa, ale jego czerwone, soczyste arils, i jest cis główną formą obrony (Bryan, 2011). Będąc, że drzewa nie mogą się poruszać, gdy są atakowane, muszą być kreatywne w swoich mechanizmach obronnych. Chociaż taksyna jest śmiertelna, cis ma również inną substancję chemiczną w rękawie, taksan.

Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8876

Jak więc cis przeszedł od śmiertelnego do leczniczego? W 1962 r. amerykański Narodowy Instytut Raka zebrał okazy roślin z całego kraju, aby przetestować je pod kątem przydatnych właściwości w leczeniu raka. Okazało się, że kora T. brevifolia zawiera taksany, diterpeny, które zawierają paklitaksel. Odkrycie to było znaczące, ponieważ paklitaksel ma właściwości chemiczne, które, gdy znajduje się w organizmie zwierzęcia, zakłóca mitozę i działa jako środek przeciwnowotworowy (Abal, 2003). Gdy odkryto, że kora cisu jest źródłem tego nowego leku przeciwnowotworowego, zaczęto zbierać jej jak najwięcej, co zagroziło wyginięciem drzew. Naciski ze strony grup ekologicznych, które obawiały się utraty tych drzew, pomogły przemysłowi farmaceutycznemu stworzyć syntetyczną wersję fitochemikaliów (biologicznie aktywnych związków chemicznych w roślinach). Wraz z odkryciem endofitycznych grzybów porastających cis i produkujących paklitaksel, drzewa mogą odetchnąć z ulgą, choć jest to wciąż stosunkowo nowe odkrycie (Somjaipeng, 2016). Taksol nie został jeszcze całkowicie zsyntetyzowany, a drzewa pozostają jednym z najlepszych źródeł Paklitakselu. Naukowcy przeszukują gatunki Taxus na całym świecie w poszukiwaniu kolejnych taksanów, które mogą zawierać podobne właściwości co Paclitaxel, jako materiały wyjściowe do syntezy (Sun, 2015). Taxol, częściowo zsyntetyzowany lek będący pochodną paklitakselu, trafił obecnie do głównego nurtu leczenia nowotworów piersi i jajnika. Leczenie to wynika z interakcji pomiędzy Taxolem a sposobem, w jaki dzielą się nasze komórki.

Cząsteczka paklitakselu

Mitoza, to dzieje się wewnątrz Ciebie teraz, gdy czytasz ten artykuł, ale jak? Komórki zwierzęce przechodzą proces zwany mitozą, podziałem komórkowym, który jest częścią normalnego wzrostu tkanek. Podczas mitozy tworzą się cienkie włókna zwane mikrotubulami, które służą do przemieszczania chromosomów w komórce. W końcu mikrotubule ulegają degradacji i komórka może się podzielić. Taksany są grupą związków fitochemicznych, które zakłócają naturalny przebieg mitozy i cyklu komórkowego. Robią to poprzez „nadmierne ustabilizowanie” (Abal, 2003) mikrotubul, aby nie mogły się rozpaść, zasadniczo zatrzymując mitozę na jej drodze i zatrzymując nowe komórki przed tworzeniem (Abal, 2003). Przerywa to wzrost komórek nowotworowych i dlatego działa jak leczenie przeciwnowotworowe. Być może zastanawiasz się, w jaki sposób Taxol działa przeciwko komórkom nowotworowym, a nie innym komórkom w organizmie. Otóż działa on zarówno na normalnie funkcjonujące komórki, jak i te rakowe, tylko w nierównym tempie. Widzisz, niektóre komórki dzielą się częściej niż inne, pomyśl o włosach, więc kiedy podawane są leki przeciwnowotworowe, pacjenci ci często tracą włosy. Dzieje się tak dlatego, że leki chemioterapeutyczne, takie jak Taxol, atakują wszystkie komórki przechodzące mitozę, ale ponieważ komórki rakowe dzielą się w szybszym i nieograniczonym tempie, są one atakowane w większym stopniu niż większość innych komórek w organizmie. I tak, Taxol skutecznie zakłóca wzrost raka.

By Jason Hollinger – Pacific Yew, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9693284

T. brevifolia zapewniła sobie miejsce w historii nie śmiertelnymi zamiarami, ale odkupieniem.

Cytaty:

3. Elpel TJ. 1996. Botanika w jeden dzień: The Patterns Method of Plant Identification. 6th ed. Pony (MT): HOPPS Press, LLC.

5. Somjaipeng S, Medina A, Magan N. 2016. Environmental stress and elicitors enhance taxol production by endophytic strains of Paraconiothyrium variabile and Epicoccum nigrum. ScienceDirect . Available from: http://www.sciencedirect.com.evergreen.idm.oclc.org/science/article/pii/S0141022916300746

6. Stewart A. 2009. Wicked Plants: The Weed that Killed Lincoln’s Mother and Other Botanical Atrocities. Chapel Hill (NC): Algonquin Books of Chapel Hill.