Toxinology in Colombia: contributions of ophidism/scorpionism program and other research groups / Toxinología en Colombia: contribuciones del programa de ofidismo/escorpionismo y de otros grupos de investigación

Background: Toxinology is a sub-field of toxicology dedicated to studying toxins produced by animals, plants and, microorganisms. In Colombia, during the last thirty years, this area has been mainly investigated by Ophidism/Scorpionism Program of Universidad de Antioquia. However, some other research groups have also contributed to our knowledge of venoms and toxins, as well as their related effects and treatments. Objective: to highlight the most significant findings in toxinology made by the Ophidism/Scorpionism Program and other research groups in Colombia. Methods: 119 papers dealing with the history of ophidiology and toxinology in Colombia were collected and analyzed. Results: some useful terms are described to understand toxinology and its scope. Also, a brief history of ophidiology is presented, spanning from the discovery of America until present-day findings. Finally, an overall description of several results related to toxin isolation, characterization, antivenoms, clinical trials, description of new species, proteomic and transcriptomic, among others. The nineteens were characterized by the study of snakebites, their clinic manifestations, and the use of antivenoms. In addition, the ethnopharmacological studies of medicinal plants used in snakebite treatments began to be explored. The 2000s included the newly ethnopharmacology, toxin isolation, clinical trials, inhibitor studies, scorpion venom characterization, and scorpion stings features. Finally, from 2010 until today, proteomic and transcriptomic gave the most important findings. Conclusions: Toxinology works in Colombia have contributed to our knowledge about endemic species, clinical manifestations of snakebite and scorpion stings, and the development of new therapeutic agents. However, we invite Colciencias and other funding agencies to assign more resources to support a higher number of researchers in this field, since snakebite is considered a neglected tropical disease by the World Health Organization, which needs more attention from governments and scholars. Finally, the venoms of some species and their possible mode of action are still unknown to us. Besides, given the complexity of venoms, we are not yet aware of the potential use of toxins in current biomedicine. Thus, studies in toxinology must continue.

Antecedentes: La Toxinología es el campo de la Toxicología que estudia las toxinas producidas por animales, plantas y microorganismos. En Colombia, durante los últimos treinta años, los estudios realizados en esta área han sido desarrollados principalmente por el Programa de Ofidismo/Escorpionismo de la Universidad de Antioquia. Sin embargo, otros grupos de investigación también han contribuido en el conocimiento de venenos, toxinas, efectos y tratamientos. Objetivo: Destacar los hallazgos más relevantes en toxinología realizados por el Programa de Ofidismo Escorpionismo y otros grupos de investigación en Colombia. Métodos: Se recopilaron 119 artículos referentes a la historia de la ofidiología y la toxinología en Colombia. Resultados: Se describieron algunos términos útiles para el entendimiento de la toxinología y sus alcances. Se construyó una breve historia de la ofidiología que inicia con el descubrimiento de América y finaliza con hallazgos recientes. Se realizó una amplia descripción de varios resultados relacionados con el aislamiento y caracterización de toxinas, antivenenos, ensayos clínicos, descripciones de nuevas especies, proteómica y transcriptómica, entre otras. Así, la década de los noventa se caracterizó por el estudio de las mordeduras de serpientes, sus manifestaciones clínicas, el uso de antivenenos y la exploración de la etnofarmacología asociada a las mordeduras de serpiente. La década del 2000 incluyó nuevamente etnofarmacología, el aislamiento de toxinas, ensayos clínicos, estudios sobre inhibidores de toxinas, caracterización de venenos y picaduras de escorpión. Finalmente, desde 2010 hasta hoy, la proteómica y transcriptómica aportaron los hallazgos más importantes. Conclusiones: Los estudios de Toxinología en Colombia han contribuido al conocimiento de especies endémicas, manifestaciones clínicas de mordeduras de serpientes y picaduras escorpiones, y el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos. No obstante, se invita a Colciencias y a otras agencias de financiamiento a apoyar la investigación en este campo, ya que es considerada una enfermedad tropical desatendida por la Organización Mundial de la Salud y necesita mayor atención por parte del gobierno e instituciones académicas. Además, dada la complejidad de los venenos, se desconoce el uso potencial de las toxinas en la biomedicina actual. Así, se deben continuar realizando estudios en toxinología.

Acute oral toxicity from a fraction rich in phenolic compounds from the leaf extract of Swietenia macrophylla king in a murine model / Determinación de la toxicidad aguda oral de una fracción rica en compuestos fenólicos del extracto de hojas Swietenia macrophylla king en un modelo murino

Background: The mahogany tree (Swietenia macrophylla King) is widely used in traditional medicine, especially its seeds, which are used in Malaysia, Indonesia and some countries of South America. Recently an active fraction of the leaf ethanolic extract (labelled "Sm13-16,23"), showed promising results against some toxins of South American pit vipers. Objectives: In this study the aim was to evaluate the acute oral toxicity of fraction Sm13-16,23 from the leaf ethanolic extract, using Swiss Webster mice. Methods: Fraction Sm13-16,23 was administered orally in a single dose to 2000 mg/kg and 300 mg/kg, clinical follow-up for 14 days was performed and then euthanasia, necropsy and histopathology of organs were performed. Results: Overall, there were not deaths recorded during the study period. Further not signs of toxicity in doses of 300mg/kg were observed, but at doses of 2000 mg/kg, histopathological lesions in the liver, as karyomegaly and binucleation were observed. Conclusions: Fraction Sm13-16, 23 does not produce toxicity lesion at doses of 300mg/kg, indicating that the acute oral toxicity risk is low.

Antecedentes: El árbol de la caoba (Swietenia macrophylla King) es utilizado ampliamente en la medicina tradicional, especialmente sus semillas, que son usadas en Malasia, Indonesia y algunos países de Suramérica. Recientemente una fracción activa del extracto etanólico de las hojas (llamada "Sm13-16,23"), demostró resultados promisorios frente algunas toxinas de las víboras suramericanas. Objetivos: En este estudio se evaluó la toxicidad aguda oral de la fracción Sm13-16,23 del extracto etanólico de las hojas de S. macrophylla utilizando ratones Swiss Webster. Métodos: La fracción Sm13-16,23 se administró vía oral como dosis única a 2000 mg/kg y 300 mg/kg, se realizó seguimiento clínico de los animales durante 14 días y finalmente se les aplicó la eutanasia. Se practicó la necropsia de cada animal y se tomaron algunos órganos para su evaluación histopatológica. Resultados: No se registraron muertes durante el tiempo de estudio, ni se evidenciaron signos de toxicidad a dosis de 300mg/kg, sin embargo, a la dosis de 2000 mg/kg, se encontraron lesiones histopatológicas en el hígado; como cariomegalia y binucleación de los hepatocitos. Conclusión: La fracción Sm13-16,23 no produjo lesiones de toxicidad a dosis de 300mg/ kg, lo que indicia que el riesgo de toxicidad aguda oral es bajo.

The need for an integrated approach in confronting snakebite envenoming in Latin America: the relevance of endogenous scientific and technological research / Hacia un abordaje integral del envenenamiento ofídico en américa latina: la importancia de la generación de conocimiento científico-tecnológico endógeno

Snakebite envenomings constitute a serious public health problem on a global level, especially in Africa, Asia and Latin America [1, 2]. In our Latin American region, it is estimated that at least 70,000 snakebite cases occur every year, although the actual number is likely to be higher [3]. This pathology is one of the so-called 'neglected tropical diseases', i.e. a group of diseases that affect primarily poor people in poor settings and, therefore, does not receive the necessary attention from research agencies, pharmaceutical companies, and health authorities. Consequently, it has been described as a 'disease of poverty' [3, 4]. In our continent it largely affects impoverished populations living in rural areas, including indigenous groups [3]

Characterization of the most promising fraction of Swietenia macrophylla active against myotoxic phospholipases A2: identification of catechin as one of the active compounds / Caracterización de la fracción más promisoria de Swietenia macrophylla activa contra fosfolipasas A2 miotoxicas: identificación de catequina como uno de los compuestos activos

Background: The pharmacological effects produced by snakebite accidents involve the actions of several enzymes, of which those of the phospholipases A2 (PLA2) exhibit a wide variety of effects such as edema and myotoxicity. Some plant extracts have been antagonists of crude snake venoms and toxins. Based on promising bioactivity, Swietenia macrophylla King was selected for further studies. Objective: The purpose of this study was to identify the PLA2 inhibitors present in the crude extract of S. macrophylla that could be promising leads in neutralizing the local effects of ophidian accidents. Methods: Bioassay-guided fractionation of the ethanolic extract of the leaves of S. macrophylla lead to the detection of (+)-catechin, characterized through gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS), and confirmed by HPLC. The PLA2 inhibitory activity was measured with the Dole method and a spectrophotometric assay with 4-Nitro-3 octanoyloxy-benzoic acid (4N3OBA). Cytotoxicity was done on C2C12 murine myoblast. Results: Fraction F5 and (+)-Catechin inhibited the PLA2 activity of B. asper venom, in a dosedependent way. In addition, (+) Catechin showed an inhibition level of 83.1 ± 3.1 % of the enzymati activity of one PLA2 purified from the venom of Crotalus durissus cumanensis using 4N3OBA as substrate. Also the ethanolic extract and fraction F5 showed inhibition of the cytotoxicity induced by the Bothrops atrox venom and their Lys 49 PLA2 (80 and 100% respectively). Molecular docking results suggested that OH from 4´ and 5' carbons of (+)-catechin could form hydrogen bonds with carboxylate moiety of residue Asp49, while OH from 5 could form a hydrogen bond with Asn 6. Additional Van der Waals interactions were also proposed. Conclusion: Swietenia macrophylla exhibited strong inhibitory activity against PLA2s enzymes. Catechin, one of the components in the active fraction F5, is proposed as being partially responsible for the bioactivity.

Antecedentes: Los efectos farmacológicos producidos en el accidente ofídico implican la acción de varias enzimas, como las fosfolipasas A2 (PLA2), que exhiben una amplia variedad de efectos como edema y miotoxicidad. Algunos extractos de plantas han demostrado ser antagonistas de los venenos crudos y sus toxinas. En base a una bioactividad promisoria previa, Swietenia macrophylla King fue seleccionada para estudios posteriores. Objetivo: El propósito de este estudio fue identificar metabolitos inhibidores de PLA2 presentes en el extracto crudo de S. macrophylla que podrían ser prometedores en la neutralización de los efectos locales del accidente ofídico. Métodos: Un fraccionamiento biodirigido del extracto etanólico de hojas de S. macrophylla llevó a la detección de la (+)-catequina mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS), y se confirmó mediante HPLC. La actividad inhibidora de PLA2 se determinó por el método de Dole y un ensayo espectrofotométrico con Ácido 4-Nitro-3-octanoiloxibenzoico (4N3OBA). La citotoxicidad se determinó en mioblastos C2C12 murinos. Resultados: La fracción F5 de S. macrophylla, mostró la mayor inhibición del veneno de Bothrops asper y PLA2s aisladas de B. atrox y Crotalus durissus cumanensis e inhibición completa de la citotoxicidad. La (+)-catequina fue el metabolito más abundante en F5, mostró una inhibición de PLA2 de 89,8%, 81,1% y 74,3%, a diferentes relaciones de veneno: catequina. Mediante estudios de docking molecular se demostró la unión de la (+)-catequina al sitio activo de la PLA2. Conclusión: Swietenia macrophylla exhibió una fuerte actividad inhibitoria sobre las enzimas PLA2s. La (+)-catequina, uno de los metabolitos presentes en la fracción activa F5, se propone como uno de los compuestos responsables de la bioactividad.

Colombian biodiversity, an opportunity for the strengthening of the pharmaceutical and cosmetic industries / La biodiversidad colombiana, una oportunidad para el fortalecimiento de las industrias farmacéutica y cosmética

Colombia, a country privileged by nature, where diversity of climates are created by large altitude gradients which generate a variety of ecosystems and beautiful badlands, punas, mountain forests, dry valleys, high deserts and salt flats; landscapes that have diversity of plants and animals and we are cataloged as one of the countries as the greatest diversity in the world, preceded by Brazil and followed by Indonesia, China and Mexico [1]. We have 28.000 plants and lichens; it is an invaluable heritage that can give to our country competitive advantages in the discovery and development of active ingredients for the pharmaceutical and cosmetic industry by sustainable use of our biodiversity.

Isolation and functional characterization of a basic phospholipase A2 from Colombian Bothrops asper venom / Aislamiento y caracterización funcional de una fosfolipasa A2 básica del veneno de Bothrops asper de Colombia

Antecedentes: las mordeduras de serpientes representan un problema de salud pública relevante en muchas regiones del mundo, particularmente en los países tropicales y subtropicales de África, Asia, América Latina y Oceanía. Los venenos de serpientes son mezclas complejas de enzimas y proteínas tóxicas, donde los componentes más importantes y abundantes que dañan los músculos en los venenos de serpientes son las fosfolipasas A2 (PLA2). Objetivo: Aislar y caracterizar una fosfolipasa A2 del veneno de Venezuela Bothrops para obtener información sobre la composición del veneno de esta especie. Materiales y métodos: La cromatografía de intercambio catiónico seguida de HPLC de fase inversa se usó para purificar la proteína. La espectrometría de masas se utilizó para determinar su masa molecular. La caracterización bioquímica se realizó utilizando un sustrato sintético (ácido 4-nitro-3-octanoiloxi-benzoico). La actividad miotóxica y de inducción de edema de la toxina se probó en ratones, midiendo la actividad de la creatina quinasa plasmática y el diámetro de la almohadilla de la pata, respectivamente. Además, se examinó la actividad citotóxica de mioblastos y miotubos C2C12 del músculo esquelético murino. Resultados: se purificó una PLA2 de Bothrops asper veneno de Colombia (BaspCol-PLA2). Su masa molecular fue de 13974.6 Da. La enzima hidrolizó un sustrato sintético con un KM de 3.11 mM y un VMax de 4.47 nmol / min, mostrando una actividad máxima a 40 ° C y a pH 8.0. La PLA2 requería Ca2 + para la actividad. La adición de Mg2 +, Cd2 +, Mn2 + y Zn2 + (10 mM) en presencia de baja concentración de Ca2 + (1 mM) disminuyó la actividad de la enzima. La sustitución de Ca2 + por los cationes divalentes mencionados también redujo la actividad a niveles similares a los de la ausencia de Ca2 +. Tres fragmentos internos (CCFVHDCCYGK, AAAI / LCFRDNI / LNTYNDKK, DAAI / LCFR) identificada mediante un análisis de espectrometría de masas mostró similitud con las PLA2 de B. asper informadas previamente. En ratones, BaspCol-PLA2 indujo un notable efecto miotóxico local y un edema moderado en la almohadilla del pie. In vitro, esta enzima indujo un efecto citotóxico tanto en los mioblastos como en los miotubos. Además, se clasificó como PLA2 débilmente anticoagulante, mostrando este efecto en concentraciones entre 3 y 10 µg / mL cuando se usa plasma humano. Conclusiones: Una PLA2 se purificó y se llamó BaspCol-PLA2, esta enzima mostró actividad catalítica y una masa molecular de 13974.6 Da. La toxina mostró actividades miotóxicas, formadoras de edema, anticoagulantes y citotóxicas. BaspCol-PLA2 indujo un notable efecto miotóxico local y un edema moderado en la almohadilla del pie. In vitro, esta enzima indujo un efecto citotóxico tanto en los mioblastos como en los miotubos. Además, se clasificó como PLA2 débilmente anticoagulante, mostrando este efecto en concentraciones entre 3 y 10 µg / mL cuando se usa plasma humano. Conclusiones: Una PLA2 se purificó y se llamó BaspCol-PLA2, esta enzima mostró actividad catalítica y una masa molecular de 13974.6 Da. La toxina mostró actividades miotóxicas, formadoras de edema, anticoagulantes y citotóxicas. BaspCol-PLA2 indujo un notable efecto miotóxico local y un edema moderado en la almohadilla del pie. In vitro, esta enzima indujo un efecto citotóxico tanto en los mioblastos como en los miotubos. Además, se clasificó como PLA2 débilmente anticoagulante, mostrando este efecto en concentraciones entre 3 y 10 µg / mL cuando se usa plasma humano. Conclusiones: Una PLA2 se purificó y se llamó BaspCol-PLA2, esta enzima mostró actividad catalítica y una masa molecular de 13974.6 Da. La toxina mostró actividades miotóxicas, formadoras de edema, anticoagulantes y citotóxicas. esta enzima mostró actividad catalítica y masa molecular de 13974.6 Da. La toxina mostró actividades miotóxicas, formadoras de edema, anticoagulantes y citotóxicas. esta enzima mostró actividad catalítica y masa molecular de 13974.6 Da. La toxina mostró actividades miotóxicas, formadoras de edema, anticoagulantes y citotóxicas.