Spesies Kalajengking dan Racunnya

PENDAHULUAN
Kalajengking adalah salah satu kelompok hewan darat yang paling kuno, termasuk kelas Arachnida dalam filum Arthropoda. Scorpions merupakan cabang basal arakhnida dan memiliki hubungan yang relatif jauh dengan Acari (tungau) dan Araneae (laba-laba), dua kelompok lain dari kelas Arachnida. Dengan demikian, kalajengking memiliki posisi filogenetik penting dalam filum Arthropoda dan kelas Arachnida (Gambar 1) [1]. Ada sekitar 15 keluarga, 197 marga dan 2.089 spesies yang dicatat inthe dunia kecuali Greenland dan Antartika

 Kalajengking terkenal karena racun mereka yang mematikan. Di satu sisi, envenomation kalajengking merupakan ancaman signifikan terhadap kesehatan masyarakat di banyak daerah di seluruh dunia, yang merupakan penyebab utama kematian di beberapa negara terbelakang di Amerika Latin, Amerika Selatan, benua India, Timur Tengah, dan Afrika. Jumlah sengatan kalajengking di seluruh dunia diperkirakan sekitar 1,2 juta per tahun, menghasilkan lebih dari 3.200 kematian [2]. Di sisi lain, kalajengking mengembangkan sistem racun mereka sebagai senjata utama untuk menangkap mangsa dan membela terhadap predator. Sistem racun mereka mengandung besar racun dengan keanekaragaman hayati yang luas [3].

Studi pada klasifikasi sistematis spesies kalajengking dari seluruh dunia dan dari negara-negara tertentu baru-baru ini mengumpulkan banyak perhatian [08/04]. Racun kalajengking juga telah menarik perhatian dari sejumlah besar peneliti, karena potensi untuk mengembangkan obat terapi [11/09]. Dalam ulasan ini, kami menyajikan fauna kalajengking Cina. Selain itu, racun kalajengking atau gen dari China tercantum sistematis. Menggunakan spesies kalajengking dan racun mereka dari China sebagai contoh, kami mencoba untuk menghubungkan antara spesies kalajengking dan racun mereka, yang membantu kita untuk tidak hanya memahami hubungan spesies kalajengking dan racun mereka, tetapi juga menunjukkan wawasan ke dalam evolusi dinamis dan fungsional dari racun kalajengking.

1. Biologi Scorpion
Ada sekitar 1.500 spesies yang berbeda dari kalajengking. Sebagian besar yang toxinologically mewakili sedikit bahaya bagi manusia [4]. Namun ada beberapa spesies (~ 25) yang diketahui mampu menyebabkan korban jiwa manusia [5], dengan mayoritas ini milik "dunia lama" keluarga Buthidae, didistribusikan secara luas di afrotropical dan Palaerctic ecozones [6]. Contoh yang paling pedih dari India Red Scorpion (Hottentotta tamulus), umumnya diakui sebagai yang paling mematikan dari semua spesies kalajengking [1].
Fisiologis, kalajengking menampilkan fitur khas, tetapi telah berubah sedikit selama ribuan tahun. Muncul dalam catatan fosil hampir 450 juta tahun yang lalu selama periode Silur tengah, kalajengking hewan menampilkan fisiologi mendasar termasuk kepala (prosoma), perut (mesosoma) dan ekor (metasoma) tersegmentasi. Pelengkap utama meliputi pedipalpus kelat (pinchers), chelicerae (morfologis berhubungan dengan rahang), pectines (chemosensors kontak), delapan kaki (diatur dalam empat set dua), dan telson (untuk pengiriman racun dalam predasi dan pertahanan) di puncak ekor [4]; lihat Gambar 1.

 

Gambar 1. Morfologi dasar Scorpion. Tubuh terbagi menjadi tiga bagian utama, ekor atau metasome (mt); perut atau mesosoma (ms); dan kepala daerah atau prosoma (pr); Struktur yang berbeda juga disorot termasuk pinchers atau pedipalp (pd); rahang atau chelicerae (ch); chemosensors kontak (pectines-pt), dan racun apperatus atau telson (t). Diadaptasi dari Weber et al. 2012 [15].

Dalam rangka untuk menentu-kan strategi yang diperlukan untuk sukses menangkap mangsa, kalajeng-king mampu menganalisis predator untuk memangsa rasio ukuran, dan mengevaluasi bagaimana seseorang harus terlibat dalam pertempuran fana. Umumnya, mangsa kecil hancur dengan pedipalpus, sementara yang lebih besar atau mangsanya yang tidak aman menerima sengatan dan envenomation berikutnya.

Kalajengking dewasa dan spesies-spesies dengan pedipalpus besar cenderung untuk menghancurkan mangsanya, sedangkan kalajengking kecil dan orang-orang dengan pedipalpus kecil, menyengat dan memanfaatkan racun dalam rangka untuk menaklukkan, yang mungkin memerlukan beberapa suntikan. Prey sering berorientasi kepala pertama dan dikonsumsi. Menariknya arakhnida, termasuk kalajengking, diperkirakan menjadi yang pertama untuk menerapkan penggunaan racun dalam mangsa capture / pertahanan [7] menunjukkan tingkat tinggi evolusi menghasilkan toksin-reseptor isoform selektivitas.

Setelah penyulaan mangsa, kalajengking menyuntikkan racun terdiri dari filum neurotoksin tertentu (racun), yang diketahui menyebabkan sampai 5000 korban jiwa manusia tahun [1,10]. Awalnya, dengan isolasi Scorpamins pada tahun 1961 [9], racun biologis aktif yang dihasilkan dianggap protein multimerik. Pada tahun 1967, Rochat dkk. menemukan bahwa racun bioaktif yang sebenarnya terdiri dari rantai polipeptida tunggal, 63-64 asam amino (AAS) panjangnya, yang diselenggarakan di konformasi tiga dimensi tertentu melalui bridging internal disulfida [10]. Analisis selanjutnya telah mengungkapkan kompleksitas racun yang terdiri dari koktail protein molekul rendah berat, oligopeptida, AAS bebas, nukleotida, berat molekul rendah dan senyawa organik [11].

2. Penggunaan Racun Kalajengking
Penyelidikan kanal Kalium untuk pengetahuan kita saat ini mengenai aksi farmakologi dari racun kalajengking dihasilkan terutama melalui eksperimen elektrofisiologi pada otot dan saraf sel terisolasi menggunakan penjepit tegangan (atau lambat, patch-clamp). Melaporkan interaksi pertama antara racun kalajengking dan KCNs adalah pada tahun 1982, oleh Carbone dkk. ketika racun diperoleh dari kalajengking Meksiko Centruroides noxius diterapkan pada akson cumi-cumi raksasa, sementara pemantauan dengan cara tegangan-klem [5]. Single konstituen bertanggung jawab atas aktivitas yang diamati adalah Noxiustoxin (NTX), peptida 39 AA dimurnikan dari homogen ekstrak racun mentah, dan dipisahkan oleh Sephadex G-50 kromatografi, diikuti oleh pertukaran ion [6]. Meskipun diisolasi dan dimurnikan, potensi multi-faceted toksin itu belum terealisasi. Selama beberapa lama, racun kalajengking bertambah dilaporkan dengan aktivitas KCN yang berbeda. Dengan kemajuan teknologi kromatografi, dikombinasikan dengan pembentukan rekaman saluran tunggal, penggunaan kelas baru ini racun diperluas pada tahun 1985, ketika Miller et al. pertama kali digunakan Charybdotoxin (Leiurus quinquestriatus; ChTx) untuk mengidentifikasi dan farmakologi ciri Ca2+ baru diatur KCN, sekarang dikenal sebagai KCa1.1, MaxiK atau BK [6,7,8].
Beberapa lama, jumlah racun peptida meningkat. Penyelidikan penemuan tersebut ditambah dengan keanekaraga-man kalajengking, variasi intraspecial dan pengenalan teknik pemurnian baru seperti kromatografi cair kinerja Reverse Phase-tinggi (RP-HPLC) [9]. Pendekatan tekanan tinggi memiliki banyak keuntungan dibandingkan gravitasi tradisional berbasis teknologi (tekanan rendah) pemisahan termasuk peningkatan batas deteksi dan kemurnian [3]. Pendekatan utama untuk mendefinisikan dan karakteristik peptida dimurnikan pada saat itu adalah dengan N-terminal degradasi Edman, yang memiliki berbagai keterbatasan seperti kurangnya pengakuan bagi sebagian besar modifikasi pasca-translasi (PTM) [3] yang sekarang dikenal dengan potensi fungsional meningkatkan dan isoform selektivitas racun kalajengking.

Jumlah tersebut diperluas dari ion probe channel dikombinasikan dengan pemahaman lanjutan dari interaksi toksin-reseptor, memfasilitasi pengem-bangan teknik yang dikenal sebagai pemetaan pori [3] atau footprinting molekul, yang dirangsang penjelasan penentu struktural dalam selektivitas isoform. Juga digunakan sebagai immunogens, racun dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan anti-peptida antibodi. Pada sati ini dapat menetralkan efek racun mematikan yang diinduksi secara in vivo, aspek penting dari serotherapy anti-scorpionic dalam pengobatan envenomation manusia. Ekspansi penemuan racun kalajengking merupakan pembentukan satu set baru alat untuk mempelajari isoform KCN signifikan medis, dan selanjutnya, telah mendorong penggabungan fisiologi reseptor pada model penyakit [4].

3. Struktur Toksin Peptida
Racun KCN kalajengking memiliki panjang yang bervariasi 23-64 AAS dengan perkiraan berat molekul biasanya kurang dari 4000 Da. Penelitian yang luas diperlukan dalam studi toksin awal untuk menentukan urutan AA primer, sasaran farmakologis dan membangun struktur tiga dimensi. Enzim proteolitik telah digunakan untuk membantu dalam mendefinisikan kritis disulfida bridging, dengan degradasi Edman menyediakan lokasi sepasang ikatan utama tersebut dengan multiple-disulfida obligasi yang mengandung konstituen.

Awalnya, X-Ray Kristalografi adalah salah satu dari beberapa teknik yang tersedia untuk menghubungkan detail yang rumit tentang konformasi molekul. Penelitian telah menunjukkan bahwa menggunakan campuran rasemat dari L dan D-peptida telah meningkatkan kemampuan untuk mengkristal racun peptida, meningkatkan kualitas model molekul [9]. Setelah itu, kelebihan spektroskopi NMR diwujudkan dalam analisis organik standar, dan penerapan-nya dalam penentuan struktur peptida [40]. Menggunakan spektroskopi NMR multi-dimensi (500 MHz) ditetapkan bahwa sebagian besar racun kalajengking peptida mematuhi α umum / β (scaffold) konformasi struktural yang mencakup sejumlah karakteristik dan lokasi α-heliks dan β-sheet [1,4].

Menariknya, Maurotoxin (Scorpio Maurus palmatus; MTX), Faljoun dkk. menunjukkan bahwa mutasi titik bisa dibuat bergeser menghubungkan disulfida, tanpa mengubah keseluruhan perancah α / β dari toksin [4,5]. Hal ini diikuti oleh pemodelan berbasis komputer pertama, yang rudimentarily efektif memprediksi struktur tiga dimensi dengan membandingkan urutan homologi dengan struktur toksin yang ditetapkan sebelumnya. Menggunakan program grafis (yaitu, Frodo), kualitas analisis adalah refleksi pada kekuatan hardware / software dari waktu, dan belum ada data [3,8]. Kemajuan kedua pada sistem komputer dan perangkat lunak pemodelan secara signifikan telah berdampak pada kualitas model saat ini [4,8], sekarang dapat menggabungkan distribusi listrik dan kendala struktural (Lihat Gambar 2), karakteristik yang sangat penting di docking reseptor [9]. Pemodelan interaksi bi-molekul antara racun dan reseptor membuktikan dalam membangun peptida template untuk maju penyelidikan bioteknologi [5].

Sumber gambar: mdpi.com 

Gambar 2. Model komputer yang menggambarkan distribusi elektrostatik pada ketiga K+ channel (KCN) racun kalajengking.

4. Beragam Fungsi Racun Dari Spesies Kalajengking Cina
4.1. Na + Channel Modulator
The NaTxs adalah jenis racun dengan 58-76 residu asam amino distabilkan oleh empat ikatan disulfida, dan dapat memodulasi inaktivasi dan aktivasi saluran natrium oleh α-NaTxs dan β-NaTxs, masing-masing [9]. Isolasi dan fungsi dari NaTxs berbeda dengan kalajengking M. martensii ditinjau awal tahun 2002 [5]. Sejak itu, ada beberapa kemajuan dalam mencirikan fungsi NaTxs di Cina. Adapun NaTxs dari kalajengking M. martensii, toksin BmKIM ditemukan menjadi racun bagi kedua mamalia dan serangga, dan menghambat arus natrium pada tikus doesal neuron ganglion akar dan miosit ventrikel. Hal ini juga dapat melindungi terhadap aritmia jantung dalam model tikus dari aconitine diinduksi aritmia [5]. Pengaruh toksin BmKI pada arus saluran natrium di neuron ganglion akar dorsal diselidiki, dan ditemukan bahwa efek penghambatan BmKI pada inaktivasi terbuka keadaan tetrodotoxin arus natrium sensitif lebih kuat daripada arus natrium tetrodotoxin-tahan [9,3 ].

Racun BMK alphaIV dikloning dan menyatakan, dan percobaan farmakologi menunjukkan bahwa hal itu bisa meningkatkan amplitudo puncak dan memperpanjang fase inaktivasi rNav1.2 saluran arus [9,4]. Baru-baru ini, racun BmαTX14 ditemukan selektif menghambat inaktivasi cepat MNA (v) 1,4 (EC50 = 82,3 ± 15,7 nM) daripada yang dari RNA (v) 1,2 (EC50> 30 M) [2]. Selain kalajengking M. martensii, yang NaTxs dari M. eupeus juga dipelajari. Rekaman dua elektroda tegangan-penjepit racun mengungkapkan bahwa racun MeuNaTx α-1, -2, -4, dan -5 melambat inaktivasi DmNa (v) 1 dan aktif di Nav1.8 pada konsentrasi mikromolar. Di antara enam saluran Nav1.2 ~ Nav1.7 lainnya, racun ini dipamerkan spesifisitas diferensial [9,5]. Selain itu, beberapa β-NaTxs dari kalajengking Chinse ditandai dalam tahun terakhir, yang akan menjadi suject menarik di masa depan. Singkatnya, pekerjaan lebih lanjut Hightlights keragaman fungsional dari NaTxs dari spesies kalajengking yang berbeda.

4.2. Peptida Antimikroba
Kalajengking hanya memiliki sistem kekebalan tubuh bawaan yang memungkinkan untuk melawan infeksi mikroba, yang menunjukkan bahwa ada berbagai peptida antibakteri dalam tubuh kalajengking. Pada tahun 1993, sebuah defensin kalajengking dengan 4 kDa dimurnikan dan ditandai dari kalajengking Leiurus quinquestriatus [10,7]. Akibatnya, kepentingan penelitian terutama difokuskan pada penemuan peptida antibakteri dari racun kalajengking [10,8]. Sejak tahun 2001, ditemukan serangkaian AMP dari racun spesies kalajengking Cina, dan diidentifikasi fungsi antibakteri dan mekanisme [11].
Sekelompok prekursor toksin yang ditandai dari racun kalajengking M. martensii, yang disimpulkan untuk mengkodekan keluarga racun peptida baru: tidak ada hubungan disulfida peptida (NDBP) dengan aktivitas antimikroba, seperti BmKn1 dan BmKn2. Sintetis BmKn2 kemudian dikonfirmasi untuk menghambat pertumbuhan bakteri standar [6,7]. Kn2-7 berasal dari BmKn2 menunjukkan tidak hanya peningkatan aktivitas penghambatan terhadap kedua bakteri standar dan strain resisten antibiotik klinis (seperti methicillin resistant Staphylococcus aureus: MRSA), tetapi juga mengurangi aktivitas hemolitik. Selain itu, Kn2-7 efektif melindungi infeksi kulit S. aureus tikus tikus. Kn2-7 diberikan aktivitas bakterisida yang dengan mengikat asam lipoteikoat (LTA) di dinding sel S. aureus dan lipopolisakarida (LPS) di dinding sel E. coli, masing-masing [11].

Mucroporin adalah wakil kedua peptida antimikroba dari racun kalajengking Cina [10,9]. Mucroporin dikloning dan ditandai dari racun L. mucronatus. Mucroporin khusus menghambat pertumbuhan bakteri Gram-positif. Selanjutnya, Mucroporin -M1 dirancang dari template molekul Mucroporin. Mucroporin-M1 tidak hanya memiliki aktivitas antibakteri yang lebih tinggi terhadap kedua standar dan bakteri klinik Gram-positif, tetapi juga ditampilkan lebih luas spektrum antibakteri (efek pada bakteri Gram-negatif).

Akhirnya, Ctriporin adalah anti-methicillin S. aureus peptida baru dari racun kalajengking C. tricostatus [1,12]. The MIC dari Ctriporin melawan Gram-positif strain bakteri resisten antibiotik standar dan klinis 5 sampai 20 ug / mL. Selanjutnya, penggunaan eksternal dari peptida Ctriporin secara dramatis menurunkan jumlah bakteri dan infeksi kulit sembuh pada tikus. Ctriporin ditunjukkan memiliki aktivitas antimikroba melalui mekanisme bakterisidal lisis sel yang cepat.

Dikombinasikan, peptida antimikroba lainnya dari racun kalajengking Cina disaring dan diidentifikasi dan dikonfirmasi bahwa racun kalajengking merupakan sumber daya yang kaya AMP, yang membuka jendela baru untuk menemukan sumber antimikroba dan agen, dan gudang beberapa cahaya dalam mengembangkan obat antimikroba terhadap patogen resisten yang serius mengancam kesehatan manusia.

5. Kesimpulan
Kalajengking merupakan salah satu arakhnida penting dalam filum Arthropoda. Ini memiliki fitur unik, seperti racun, fluoresensi dan sebagainya, yang semakin menarik perhatian dan minat dari para ilmuwan di seluruh dunia. Baru-baru ini, beberapa telah memperluas pemahaman tentang fungsi biologis dari racun kalajengking, seperti penemuan inhibitor enzim dalam racun kalajengking. Menggunakan spesies kalajengking dan racun mereka dari China sebagai contoh, mencoba untuk menghungkan antara spesies kalajeng-king dan racun mereka, dalam rangka untuk membantu kita memahami keragaman molekuler dan fungsional dari arsenal racun kalajengking, evolusi dinamis dan fungsional racun kalajengking , dan hubungan spesies kalajengking dan racun mereka.

DAFTAR PUSTAKA
1. Zachary L. Bergeron and Jon-Paul Bingham. 2012. Scorpion Toxins Specific for Potassium (K+) Channels: A Historical Overview of Peptide Bioengineering. USA: University of Hawaii at Manoa, Honolulu.
2. Chippaux, J.P.; Goyffon, M. 2008. Epidemiology of scorpionism: A global appraisal. Acta Trop.
3. Rodriguez de la Vega, R.C.; Schwartz, E.F.; Possani, L.D. 2010. Mining on scorpion venom biodiversity.
4. Possani, L.D.; Becerril, B.; Delepierre, M.; Tytgat, J. 1999. Scorpion toxins specific for Na+-channels. Eur. J. Biochem.
5. Bingham, J.P.; Bian, S.; Tan, Z.Y.; Takacs, Z.; Moczydlowski, E. 2006. Synthesis of a biotin derivative of iberiotoxin: Binding interactions with streptavidin and the bk Ca2+-activated K+ channel expressed in a human cell line. Bioconjug. Chem.
6. Zhu, M.S.; Qi, J.X.; Song, D.X. 2004. A checklist of scorpions from China (Arachnida: Scorpiones). Acta Arachnol. Sin.
7. Zhu, M.S.; Zhang, L.; Lourenço, W.R. One new species of scorpion belonging to the genus Euscorpiops Vachon, 1980 from South China (Scorpiones: Euscorpiidae, Scorpiopinae). Zootaxa
8. Zhu, M.S.; Han, G.X.; Lourenço, W.R. 2008. The chaerilid scorpions of China (Scorpiones: Chaerilidae). Zootaxa.
9. Cao, Z.J.; Luo, F.; Wu, Y.L.; Mao, X.; Li, W.X. 2006. Genetic mechanisms of scorpion venom peptide diversification.
10. Batista, C.V.; D’Suze, G.; Gomez–Lagunas, F.; Zamudio, F.Z.; Encarnacion, S.; Sevcik, C.;
11. Possani, L.D. 2006. Proteomic analysis of Tityus discrepans scorpion venom and amino acid sequence of novel toxins.
12. Giangiacomo, K.M.; Sugg, E.E.; Garcia-Calvo, M.; Leonard, R.J.; McManus, O.B.; Kaczorowski, G.J.; Garcia, M.L. 1993. Synthetic charybdotoxin-iberiotoxin chimeric peptides define toxin binding sites on calcium-activated and voltage-dependent potassium channels.