Ptaquilósido

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El ptaquilósido es un glucósido norsesquiterpénico producido por los helechos (principalmente Pteridium aquilinum) durante el metabolismo. Se ha identificado como el principal carcinógeno de los helechos y como responsable de sus efectos biológicos, como la enfermedad hemorrágica y la ceguera brillante en el ganado y el cáncer esofágico y gástrico en los seres humanos. El ptaquilósido tiene una estructura química inestable y actúa como agente alquilante del ADN en condiciones fisiológicas. Fue aislado y caracterizado por primera vez por Yamada y sus colaboradores en 1983.

Estructura 2D del ptaquilósido
Estructura 2D del ptaquilósido

La forma pura del ptaquilósido es un compuesto amorfo incoloro. Es fácilmente soluble en agua y bastante soluble en acetato de etilo. Excepto en las plantas, el ptaquilósido se ha detectado en la leche y la carne del ganado afectado, así como en el agua subterránea y el suelo seco alrededor de la vegetación de helechos salobres. La prevalencia del ptaquilósido en las fuentes diarias junto con sus efectos cancerígenos lo convierten en un peligro biológico cada vez mayor en los días modernos.


El peligro acecha en el bosque

El helecho rizador que parece extenderse como un sarpullido verde y malo por el páramo y el brezal a un ritmo alarmante no sólo está estropeando el campo, sino que alberga una garrapata que transmite la enfermedad de Lyme a los humanos, causa envenenamiento en el ganado, los caballos, las ovejas y las personas y sus esporas son uno de los últimos sospechosos de cáncer.

Esta plaga botánica es considerada como una especie de cuidado en algunas partes del mundo. Los japoneses, por ejemplo, suelen comer los brotes jóvenes de helecho y también se considera una delicia en algunas zonas de Canadá y los EE.UU. El problema es que el helecho, si bien es comestible, también es altamente tóxico – especialmente las cabezas de violín – y ha estado causando dolor de estómago a los agricultores durante siglos, cuando los rumiantes incautos podían pastar en los suculentos brotes rizados.

Báculos, frondas, rizomas de helecho Pteridium
Báculos, frondas, rizomas de helecho Pteridium

Efectos del consumo de helechos


La intoxicación por helecho causa una depresión de la actividad de la médula ósea, lo que conduce a una leucopenia grave, una forma de anemia de glóbulos blancos, – trombocitopenia – un recuento de plaquetas sanguíneas anormalmente bajo – y un síndrome hemorrágico. Además, la planta cruda contiene la enzima tiaminasa, que puede destruir la tiamina (vitamina B1) y causar una enfermedad posiblemente mortal similar al beriberi en los no rumiantes como los caballos.

No es muy agradable. Pero, además de los desagradables efectos en la sangre, en 1960 se descubrió que el Pteridium aquilinum era altamente cancerígeno, causando tumores de vejiga e intestinos de tipo pólipo en animales de pastoreo que comían grandes cantidades de helechos o eran alimentados con forraje que contenía helechos. La carcinogenicidad del helecho se demostró definitivamente con ratas de laboratorio, resultado que fue posteriormente reproducido por varios grupos de investigación.

Varias presentaciones de brotes de helecho consumidos en distintos países asiáticos
Varias presentaciones de brotes de helecho consumidos en distintos países asiáticos

Se observó – lo que es importante, desde la perspectiva del consumo humano – que los jóvenes violines, comidos por los japoneses, son en realidad los más cancerígenos. El brote suele hervirse vigorosamente con ceniza de madera o bicarbonato de sodio antes de comerlo. “Se come solo o como una de las verduras de la sopa o como una verdura mezclada con arroz”, explica el químico Kiyoyuki Yamada de la Universidad de Nagoya, “el helecho cocido es suave y tiene un buen sabor que es difícil de explicar”.

Aunque no hay pruebas definitivas de que comer helecho tenga algo que ver con la alta incidencia de cáncer de estómago y garganta en Japón, saber un poco más sobre lo que hace que la planta sea tan cancerígena tiene importantes implicaciones en los estudios de cáncer en las poblaciones que la consumen. Pero, tal vez más importante desde el punto de vista médico es que cualquier componente de la planta que cause cáncer debe hacerlo interfiriendo con el ADN de alguna manera. Normalmente, una molécula que interfiere con el ADN puede convertirse en un agente anticancerígeno, cambiando la situación de las células cancerosas al dañar su ADN. También podría tener potencial como un compuesto antiviral por la misma razón.

Relación entre el ptaquilósido y el cáncer

En 1978, el patólogo japonés Iwao Hirono, experimentó con extractos acuosos de helecho hervido y descubrió que eran cancerígenos para las ratas. Esto indicó a Kiyoyuki Yamada y a sus colegas Makoto Ojika, Haruki Niwa y Hideo Kigoshi, de la Universidad de Nagoya, que en principio se podría aislar el supuesto carcinógeno del helecho. “Sobre la base del resultado de Hirono, muchos investigadores de todo el mundo intentaron aislar el carcinógeno del helecho, pero todos fracasaron”, dice Yamada. Él y su equipo encontraron una forma.


Comenzaron un elaborado programa de investigación que culminó con el descubrimiento del supuesto agente – el ptaquilósido. Al principio, sólo podían obtener una quinta parte de un gramo más o menos de un kilogramo de polvo de helecho desecado, por lo que los estudios se vieron obstaculizados en cierta medida. Una vez que desarrollaron una técnica de extracción mejor y más suaves, basada en un eficiente reparto de disolventes, pudieron aumentarlo a un gramo, lo que fue suficiente para permitirle acelerar sus estudios.

Fuentes de ptaquilósido

Se ha detectado la presencia de ptaquilósido en diversos helechos, incluidas las especies de los géneros Pteridium (helecho), Pteris, Microlepia e Hypolepis. El Pteridium aquilinum (conocido comúnmente como helecho) es el helecho más común que contiene ptaquilósidos y tiene una amplia distribución geográfica y ecológica.

Está presente en todos los continentes, desde las zonas subtropicales hasta las subárticas. El helecho Pteridium es una planta muy adaptable y es capaz de formar poblaciones densas y de rápida expansión en el curso de las primeras fases de la sucesión ecológica en las limpiezas de bosques y otras zonas rurales perturbadas. Su crecimiento agresivo, caracterizado por un extenso sistema de rizomas y frondas de rápido crecimiento, le permite a veces ser una especie dominante en ciertas comunidades de plantas.

El contenido de ptaquilósidos del helecho Pteridium varía ampliamente entre las especies y cambia con la parte de la planta, el lugar de crecimiento de la planta y la temporada de recolección. Según estudios anteriores, las concentraciones de ptaquilósido en el helecho variaban entre el 0 y el 1% del peso seco de la planta. En general, se observa que el ptaquilósido se encuentra en las mayores concentraciones en las partes jóvenes en desarrollo del helecho, como los báculos y las partes que se despliegan durante la primavera y el principio del verano, mientras que las concentraciones de ptaquilósido en los rizomas son bastante bajas. Sin embargo, los estudios de Rasmussen y otros sobre las concentraciones de ptaquilósido en el helecho danés mostraron que las concentraciones de ptaquilósido en los rizomas eran significativamente más altas que los valores previamente comunicados.


El Ptaquilósido puede pasar a la leche producida por vacas y ovejas alimentadas con helechos. En 1996, Alonso-Amelot, Smith y sus colaboradores descubrieron que el ptaquilósido se excretaba en la leche a una concentración del 8,6 ± 1,2% de la cantidad ingerida por una vaca del género Brennan, y que dependía linealmente de la dosis. Basándose en sus experimentos y en el supuesto de que una persona bebe 0,5 litros de leche al día, estimaron que esta persona podría ingerir unos 10 mg de ptaquilósido al día, aunque sólo una parte de esa cantidad se absorbería.

El ptaquilósido también puede lixiviarse de las hojas de helecho al agua y al suelo. Numerosos estudios han informado de la presencia del ptaquilósido en las aguas subterráneas/superficiales y en el suelo cerca de la vegetación de helechos. La velocidad de degradación del ptaquilósido en el suelo se ve afectada por la acidez, el contenido de arcilla, el contenido de carbono, la temperatura y, presumiblemente, la microbioactividad. La condición ácida (pH<4) y la alta temperatura (por lo menos 25℃) facilitan la degradación del ptaquilósido, mientras que se informa de que la vida media del ptaquilósido en suelos arenosos menos ácidos es de entre 150 y 180 horas.

Formas de exposición a los ptaquilósidos

Las principales vías que pueden conducir a la exposición humana a los efectos tóxicos del helecho Pteridium son la ingestión de la planta (en particular los báculos y las frondas jóvenes), la inhalación de las esporas del aire, el consumo de la leche y la carne de los animales afectados y el consumo de agua contaminada con ptaquilósidos.

Bioquímica

El Ptaquilósido tiene una estructura química inestable y se somete fácilmente a la liberación de glucosa. La ptaquilodienona resultante es la forma activa del ptaquilósido y es responsable de los efectos biológicos observados. El grupo ciclopropilo de la dienona es muy reactivo como electrófilo, no sólo porque está conjugado con el grupo ceto, sino porque también constituye un sistema de ciclopropilcarbinol, del que se conoce la formación fácil del catión estable no clásico.

En condiciones ácidas, el ptaquilósido se somete gradualmente a una aromatización con la eliminación de la D-glucosa para proporcionar ptaquilosina y, por último, la pterosina B. En condiciones ligeramente alcalinas, el ptaquilósido y su ptaquilosina aglicona se convierten en un inestable intermedio de dienona conjugada. Esta ptaquilodienona es la forma activada del ptaquilósido y se considera el último carcinógeno de los helechos Pteridium. Debido a la constitución de un sistema de ciclopropilcarbinol, la ptaquilodienona es un fuerte electrófilo y actúa como un poderoso agente alquilante que reacciona directamente con los nucleófilos biológicos, incluidos los aminoácidos, los nucleósidos y los nucleótidos, en condiciones de débil acidez a temperatura ambiente (como se muestra en el esquema que figura a continuación).


En condiciones fisiológicas, el ptaquilósido libera fácilmente glucosa para producir la ptaquilodienona. La alquilación de los aminoácidos con la dienona tiene lugar principalmente en el grupo tiol en la cisteína, el glutatión y la metionina. La alquilación en el grupo de los carboxilatos de cada aminoácido, que forma el éster correspondiente, también se observa en pequeña medida.

La dienona reacciona con residuos de ADN tanto de adenina (principalmente en N-3) como de guanina (principalmente en N-7) para formar los aductos de ADN. La alquilación induce la depuración espontánea y la división del ADN en el sitio base de la adenina. En una reacción modelo con un desoxitranucleótido (como se muestra a la derecha), se encuentra un aducto covalente en un residuo de guanina y el enlace N-glucosídico se rompe para liberar el aducto. En 1998, Prakash, Smith y sus colaboradores demostraron que la alquilación de la adenina por el ptaquilosido en el codón 61, seguida de la depuración y el error en la síntesis de ADN, dio lugar a la activación del protooncogen H-ras en el íleon de los terneros alimentados con helechos.

Efectos biológicos

Se sabe que el Pteridium tiene varios efectos biológicos, como la carcinogenicidad y sus síndromes bien definidos en el ganado y los animales de laboratorio. Se ha demostrado que el Ptaquilósido es responsable de varios de estos efectos biológicos, algunos de los cuales son específicos de la especie.

Rumiantes

El ganado que consume helechos Pteridium desarrolla una intoxicación aguda por helechos y una hematuria enzoótica bovina crónica (BEH). La principal característica de la intoxicación aguda por helecho en el ganado es la depresión de la actividad de la médula ósea, lo que da lugar a una leucopenia grave (en particular de los granulocitos), trombocitopenia y crisis hemorrágicas agudas.

Sin embargo, la mayoría de los investigadores creen que el ptaquilósido no es el agente causante directo de la intoxicación aguda por helecho. La principal característica de la hematuria son los tumores de la vejiga urinaria y la hematuria en el ganado tras una exposición prolongada al helecho. Basándose en los estudios extensivos, se muestra una correlación positiva entre la concentración de ptaquilósido y la incidencia de HBE.


Las ovejas alimentadas con una dieta que contiene Pteridium desarrollan una enfermedad hemorrágica aguda y ceguera brillante. Las principales características de la ceguera incluyen la atrofia progresiva de la retina y la estenosis de los vasos sanguíneos. En 1993, el grupo de Yamada demostró que el ptaquilósido era el compuesto que causaba la degeneración de la retina.

No rumiantes

Las ratas a las que se les dio una dieta que contenía ptaquilosido durante un período prolongado desarrollaron tumores tanto en el íleon como en la vejiga urinaria. Prakash, Smith y sus colaboradores demostraron que la carcinogénesis inducida por el ptaquilósido se inició por la activación del oncogen H-ras. Otros no rumiantes, como el cerdo, el conejo y el conejillo de indias también desarrollan síndromes tras la ingestión de ptaquilósido, que incluyen hematuria, tumores y anomalías en los órganos.

Las poblaciones humanas

El helecho Pteridium aumenta el riesgo oncogénico en los humanos. La encuesta epidemiológica reveló que el consumo de helecho Pteridium estaba positivamente correlacionado con el cáncer de esófago y con el cáncer gástrico en muchas zonas geográficas del mundo. En 1989, se demostró que el ptaquilósido tenía un efecto clastogénico y causaba aberraciones cromosómicas en las células de los mamíferos. En 2003, se informó de un aumento significativo de los niveles de anomalías cromosómicas, como roturas de cromátidas en los linfocitos periféricos cultivados.

Para más información bracken toxin ptaquiloside

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