Slemmaskens hemlighet

Varför hör man aldrig talas om slemmaskar? Kanske för att vi mest känner till sådant som är närmast oss, som vi kan se och som rör sig i samma miljö som vi själva. Slemmaskar, eller nemertiner som de också kallas, lever på havets botten, gärna under en sten eller i ett snäckskal. Andra lever nergrävda. De upptäcks ofta inte vid inventeringar av havsbotten eftersom deras kroppar är mjuka och trasas sönder vid traditionell provtagning. Alltså syns de nästan aldrig. Ändå utgör de ett vanligt inslag i vår svenska natur. De är lite grann som vissa svampar som aldrig bildar fruktkroppar och därmed inte blir synliga. Följden blir att de felaktigt betraktas som ovanliga.

Nemertiner är fascinerande djur. De kan sträcka ut sig och bli tunna som hårstrån, för att i nästa stund dra ihop sig till små slemmiga klumpar. Många nemertiner är aktiva jägare som kan spåra upp sina byten genom att följa doftspår i vattnet. Inuti kroppen har de en snabel som med extrem precision kan slängas ut och viras runt ett levande byte – till exempel en liten krabba eller räka. Hos en del är snabeln beväpnad med en eller flera stiletter, och ibland är stiletten försedd med ett paralyserande gift. Gifterna är mycket potenta och kan förlama ett byte på bara någon sekund. På så sätt riskerar nemertinen själv ingenting. Ett litet precist stick på avstånd, en kort väntan tills bytet blir orörligt – och därefter kan det i lugn och ro sväljas ner.

Nemertinernas skicklighet som jägare och deras giftighet är känd, men ändå sparsamt dokumenterad. Det är svårt att göra studier av levande djur i laboratoriemiljö, och volymen av gift som sitter i anslutning till den lilla stiletten är så liten att den är svår att fånga upp i en nål. På 1970-talet kartlades några av substanserna i de stilettförsedda djuren och man konstaterade en närvaro av nervgifter. En av substanserna som vissa arter producerar är anabasein. En särskild variant av nemertin-anabasein, kallat GTS-21, föreslogs ha potential som läkemedel. Det här ämnet och ett antal varianter därutöver har testats mot bland annat Alzheimers sjukdom, schizofreni och adhd. Försöken att behandla alzheimer och kognitiva sjukdomar kom inte vidare efter klinisk prövning, men studier pågår fortfarande. Bland annat testas GTS-21 just nu i en klinisk studie som hjälp vid rökavvänjning.

Vuxna nemertiner har i princip inga naturliga fiender i havet. Ingen vill äta dem om det finns något annat att äta. De har ett effektivt försvar – utöver giftsäcken i kroppen så utsöndrar också huden konstant ett giftigt slem. Detta lämnar så pass mycket spår i vattnet att andra djur helt enkelt undviker att vara i närheten av maskarna.

I slemmet lever ett antal olika bakterier, till exempel arter i släktet Vibrio, kända bland annat för sin förmåga att producera gifter. En hypotes är att Vibrio-bakterier lever i symbios med slemmasken och producerar gifter som masken kan ha användning för. Denna föreslagna symbios är dock inte särskilt väl kartlagd, och det är oklart om bakterien behöver masken eller tvärtom.

Den slemmask som på svenska kallas långsnöre, Lineus longissimus, har många fördelar om man vill studera gifter, eftersom den är vanlig, lätt att få tag i och tillräckligt stor för att inte tappas bort. Dessutom producerar den rikligt med giftigt slem och kan överleva flera år i akvarium utan mat. Ett av gifterna som den sägs producera är tetrodotoxin, TTX, samma nervgift som finns hos den mer kända japanska blåsfisken fugu. TTX tillhör den molekylkategori som kallas alkaloider, och många substanser med medicinska applikationer från växt- och djurriket tillhör alkaloiderna.

Just TTX inverkar direkt på nervsignaler genom att binda väldigt hårt till de proteiner som reglerar nervcellernas funktioner. Proteinerna, som kallas för jonkanaler, sitter i cellmembranet och fungerar som ett slags port in i och ut ur cellen. När TTX fäster vid jonkanalen blockeras transporten och hindrar cellen att utföra sin uppgift. I det här fallet att skicka ut nervsignaler.

Det här innebär att molekylen skulle kunna fungera som en extremt effektiv smärtlindrare och den är därför högintressant inom den medicinska världen. Det märks inte minst genom att det finns ett stort antal patent som rör användning och förändring av TTX-molekylen. Smärta som de vanliga opiaterna – det vill säga morfin, kodein och buprenorfin – inte kan påverka, skulle kunna lindras. Nya medicinska tillämpningar inom nedsövning och drogavvänjning skulle kunna bli möjliga med hjälp av TTX. Men giftet är extremt komplicerat och dyrt att framställa på konstgjord väg. Dagens produktion baseras på vildfångad blåsfisk – en opålitlig och svåråtkomlig källa med högst osäker ekologisk hållbarhet på sikt. Det krävs 25 ton blåsfisk för att utvinna ett ynka gram TTX.

Vi började därför fundera på om det skulle gå att använda nemertinslem som smärtlindring. Kunde vi testa det? Inledningsvis var vi några marinbiologer som lekte med idén. Det skulle vara billigare än blåsfiskmetoden, och dessutom ge en mer långsiktig hållbarhet. Nemertinerna kan hållas i akvarium och det går lätt att få upp slemmet, som hela tiden släpps ut från maskens hud. Att slemmet var oerhört giftigt hade vi redan sett. Dessutom fanns det redan flera vetenskapliga studier som vittnade om att slemmaskens gift var TTX, och att det hade med slemmets Vibrio-bakterier att göra. Vi inledde experiment för att isolera molekylen ur slemmet. Jakten hade börjat.

Att spåra och mäta koncentrationen av TTX är viktigt för den japanska livsmedelsmarknaden, eftersom blåsfisken är en exklusiv delikatess i Japan. Då TTX är dödligt för människan i så små doser som en tusendels gram finns det förstås en viss risk med att äta blåsfisk, och varje år dör människor till följd av TTX-förgiftning efter en sådan måltid. Om dosen TTX i fiskköttet är extremt låg, men ändå närvarande, kan man få en lätt domning i mun och läppar. Detta anses förhöja matupplevelsen. I Japan finns därför standardiserade protokoll för att med stor precision upptäcka giftet. Att spåra TTX i slemmaskarna skulle därför bli lätt, trodde vi.

Vår idé var att plocka fram Vibrio-bakterierna ur slemmet och sedan odla dem, både med och utan slem. Om bakterien producerade TTX i något av proverna så skulle vi hitta det. Vi ville också noggrant undersöka själva slemmet.

De första proverna vi fick fram från våra slemmaskar skickades i väg till Statens provanstalt i Borås, som genomförde så kallad gaskromatografi med ett inte alldeles entydigt resultat.

Kromatografi är en separationsmetod som används för att skilja olika molekyler i en blandning från varandra, för att sedan kartlägga vilka molekyler provet innehåller. Beskedet var att vi förmodligen hade TTX, men det kunde också vara salterna från det medföljande havsvattnet som spökade. Redan nu började vi känna att vår marinbiologiska kompetens behövde breddas, och vi fick uppsöka några forskare som var mer bevandrade i analytisk kemi.

Proverna fick sedan rinna igenom en vätskekromatograf hemma på den egna institutionen i stället. Och nog fick vi ett resultat som liknade TTX-toppar i kromatogrammet, det vill säga det diagram som visar vilka molekyler som finns i ett prov. Men helt säkra var vi inte. Massan på molekylen stämde inte exakt med den köpta TTX vi använde som referens. Proverna gick vidare till olika kommersiella analyslabb som var välrenommerade för sin förmåga och vi försökte med filtrering, spädning och andra metoder för att separera molekylerna. Allt med samma otydliga resultat.

Bakterieodlingen verkade inte innehålla TTX, men själva slemmet såg mer lovande ut. Antagligen hade vi TTX, men säkra var vi inte. I alla prover som togs konstaterade vi giftigheten genom att utsätta krabbor för slemmet – varje gång med tydligt utslag. En krabba som träffar på slemmet blir i princip omedelbart paralyserad. Detta är en vedertagen, snabb, enkel och mycket pålitlig metod. Krabbans reaktion är inget direkt bevis för TTX, men om det skulle röra sig om något annat så måste detta också vara väldigt giftigt. I det här läget hade vi hur som helst hela tiden TTX för ögonen, så det var också vad vi såg.

Ju fler metoder vi prövade, och ju fler forskare som funderade, desto mer tveksamma blev vi dock till att det verkligen rörde sig om TTX. Vi lusläste nu vetenskapliga publikationer och försökte upprepa tidigare försök till punkt och pricka, men utan att lyckas. Inte heller andras resultat tycktes vara hundraprocentigt pålitliga vad gällde närvaron av TTX. Till slut var vi vid vägs ände. Vi såg något i våra prover som var snarlikt TTX och fick samma respons från krabborna som TTX ger. Men vi kunde inte isolera det som TTX.

Det finns ett utslagsgivande test. Men för att genomföra det krävs helt andra resurser än dem vi då hade i projektet. Vi fick utöka kompetensen med fysiologer och till slut hade vi möjlighet att göra det utslagsgivande, slutgiltiga testet – att lägga substansen från slemmet direkt på riktiga jonkanaler från en råtthjärna. Här skulle nervsignalen ögonblickligen stängas ner om provet innehöll TTX-molekyler som kunde fästa vid kanalen. Men när vår substans lades på kanalen hände absolut ingenting. Vi förstod då att vad vi än hade i proverna så var det inte TTX.

Vi bestämde oss för att leta efter andra molekyler i stället. Slemmet skickades till Ulf Göransson och Erik Jacobsson vid Uppsala universitet. Där kunde giftverkan snart knytas till peptider, det vill säga små proteinmolekyler, något helt annat än den alkaloid vi tidigare letat efter.

Det var lyckosamt för oss, för i Uppsalalabbet råkar de vara specialister på just peptider från växter och djur. Och detta är vad vi jobbar med tillsammans just nu. Vi tillverkar proteiner som vi hittat i slemmaskarna, bestämmer deras tredimensionella struktur, testar deras aktivitet och tar reda på mekanismerna bakom aktiviteten. Det faktum att det rör sig om proteingifter innebär att vi också kan leta efter dem på gen-nivå och på så vis kartlägga en stor mängd av de proteiner och peptider som masken tillverkar.

Efter många år av fruktlöst slit visade det sig att vi snubblat över en typ av gifter som faktiskt inte har setts förut. Detta väckte även Vetenskapsrådets intresse, som har gett oss anslag till ytterligare forskning. Vi arbetar nu med detta nya projekt. Än så länge är det lite för tidigt att säga vad upptäckten kommer att leda till – men helt klart är att vi har hittat peptider med spektakulära effekter.

Ibland är det märkligt med forskning. Trots att många studier kommer fram till samma sak kan de ändå innehålla ett visst mått av felaktigheter. Vårt forskningsprojekt ändrades över tid och landade någon helt annanstans än där vi började – i något bättre. Och vi har än så länge bara hunnit studera en enda art av nemertiner ordentligt. Totalt finns det åtminstone 1 300 arter, varav 70 i svenska vatten. Havet är djupt, och där finns mycket kvar att finna. 

Om forskarna:

Malin Strand, ArtDatabanken, SLU (docent i systematik & biodiversitet, marinbiolog). Arbetar med marina maskar, så kallade slemmaskar. I sin forskning visar hon upp dessa okända djur och har de senaste åren intresserat sig för deras giftighet.

Håkan Andersson, Institutionen för kemi och biomedicin, Linnéuniversitetet, Kalmar (universitetslektor i tillämpad biokemi). Arbetar med igenkänning på molekylnivå. Arbetade länge med konstgjorda system, men har på senare år blivit mer intresserad av proteiner och deras igenkänningsegenskaper.

Vetenskapsrådet stöder projektet ”Toxiner från svensk natur med aktivitet på jonkanaler” 2015–18. Ansvarig forskare är professor Ulf Göransson, BMC, Uppsala universitet.