Análisis comparativo del veneno de la Latrodectus mactans y su efecto biológico en Gromphadorhina portentosa y rata

Abstract

RESUMEN Los componentes activos de los venenos de algunas especies de arañas se han estudiado ampliamente debido a su potencial para el desarrollo de nuevos insecticidas biológicos y fármacos clínicos. Entre ellas, están las arañas pertenecientes al género Latrodectus, que comúnmente son conocidas como "arañas viudas", y se encuentran entre las más venenosas. Las arañas del género Latrodectus ("arañas viudas" o "viudas negras") se distribuyen en todo el mundo. La toxicidad del veneno de estas arañas se conoce desde el comienzo de la historia de la medicina, por los diversos síntomas que pueden presentar sus víctimas humanas. Sin embargo, también se han registrado sus efectos en insectos. Por lo que, en base a los síntomas observados en vertebrados e invertebrados envenenados, el veneno de las arañas del género Latrodectus es comúnmente clasificado como neurotóxico. Los componentes proteicos del veneno así clasificados son neurotoxinas conocidas como latrotoxinas de alto peso molecular (>110 kDa) y causan la liberación de neurotransmisores de la terminal nerviosa. Las latrotoxinas, tienen efectos para vertebrados, insectos y crustáceos. La mayoría de ellas son contra insectos, denominadas como Latroinsectotoxinas y se conocen 5 tipos (α, β, γ, δ y ε); α-Latrocrutotoxina, específica para crustáceos y α-Latrotoxina específica contra vertebrados. En este trabajo se presenta el análisis de los efectos del veneno de la especie Latrodectus mactans del estado de Aguascalientes, México. Estos análisis fueron enfocados a los efectos que los venenos de estas arañas pueden causar en el funcionamiento cardiaco de vertebrados e insectos. Cabe mencionar que estos efectos han sido muy poco estudiados. Además, se desarrolló métodos novedosos para análisis de los efectos biológicos del veneno en la función cardiaca de dos modelos animales, el modelo cardiovascular de la rata y el modelo cardiaco semi-aislado de Gromphadorina portentosa Con el propósito de registrar cualquier efecto del veneno de araña L. mactans, sobre la fisiología mecánica cardiaca, se desarrolló un método novedoso que nos permitió analizar la función cardiaca de G. portentosa en tres dimensiones. Para ello, primero se realizaron experimentos donde se registraron los efectos de agonistas colinérgicos sobre la función del corazón y las válvulas intracardiacas. Los resultados sugieren que estos compuestos inducen respuestas bifásicas sobre la frecuencia cardíaca, el ciclo cardíaco y la función de la función de los músculos de las válvulas intracardíacas. Esto representa un enfoque sólido y más detallado para explorar cambios dinámicos en la fisiología del sistema circulatorio en insectos. Los efectos del veneno crudo de L. mactans tuvieron diversos efectos sobre la función cardiaca de G. portentosa, las cuales consistieron de una respuesta bifásica en la frecuencia cardiaca y alteraciones en la diástole del corazón. Mientras que las fracciones de del veneno, mostraron la posibilidad de un componente proteico de bajo peso molecular que está entre 15 y 20 kDa, el cual es capaz de disminuir la frecuencia cardiaca y provocar paro de la función del corazón. Para registrar los efectos del veneno de L. mactans en la función cardiaca de la rata, se desarrolló un nuevo sistema no invasivo, basado en el uso de oxímetro de pulso y un brazalete inflable. Ambos sistemas adaptados a la cola de la rata y registrados por el sistema Biopac MP36. Este sistema nos permitió determinar que el veneno es capaz de aumentar la frecuencia cardiaca y la presión arterial de la rata.

ABSTRACT Some species of spiders have components in their venom wich have been extensively studied, due to their potential for the development of new biological insecticides and clinical drugs. Among them are spiders belonging to the genus Latrodectus. They are known as "widow spiders", and are among the most poisonous. The genus Latrodectus (“widow spiders” or “black widow spiders”) are widely distributed in the world. The venom toxicity of these spiders are known since the beginning of the medicine history, due to the different symptoms that its human victims may present. However, its effects on insects have also been recorded. Therefore, based on the symptoms observed in poisoned vertebrates and invertebrates, the venom of spiders of the genus Latrodectus is commonly classified as neurotoxic. The protein components of the venom, thus classified as neurotoxins, are known like latrotoxins with high molecular weight (>110 kDa) and cause the release of neurotransmitter of the nerve terminal. The latrotoxins cause effects to vertebrates, insects and crustacean. Most of them are against insects, called Latroinsectotoxins and 5 types are known (α, β, γ, δ y ε); α-Latrocrustotoxin, specific for crustacean and α-Latrotoxin, specific for vertebrates. The present thesis work, we show an analysis of the venom effects of the specie Latrodectus mactans from Aguascalientes, Mexico. These analyzes were focused on the effects that the venoms of these spiders can cause on the heart function of vertebrates and insects. Moreover, the effects of L. mactans venom reported in this work have been few studied. In addition, we develop new methods to analyze the biological effects of venom on the cardiac function from two animal models, the rat cardiovascular model and the semi-isolate cardiac model of Gromphadorina portentosa. In order to record any effect of the L. mactans spider venom on cardiac physiology, a novel method was developed. This last one allowed us to analyze the cardiac function of G. portentosa in three dimensions. Consecutively, the first experiments were carried out recording the effects of cholinergic agonist on the cardiac function and the intracardiac valves. Our results suggested that these compounds induce biphasic responses on heart rate, cardiac cycle, and function of intracardiac valve muscle function. Thus, it represents a robust and more detailed approach to explore dynamic changes in the physiology of the circulatory system in insects. The effects of the crude extract of L. mactans venom had various effects on cardiac function of G. portentosa, which consisted of a biphasic response on the heart rate and alterations in the diastole of the heart. While the fractions of the venom showed the possibility of a low molecular weight protein component, between 15 and 20 kDa, which is capable of slowing the heart rate and causing arrest of the heart function. In the experiments to record the effects of L. mactans venom on rat cardiac function, a new non-invasive system was developed, based on the use of a pulse oximeter and an inflatable cuff. Both systems were adapted to the tail of the rat. The tests were recorded by the Biopac MP36 system. This system allowed us to determine that the venom is capable of increasing the heart rate and blood pressure of the rat.