Urina de șarpe oferă indicii pentru tratamente inovatoare împotriva gutei și calculilor renali

Eliminarea compușilor azotați rezultați din catabolismul proteinelor și purinelor diferă considerabil între regnurile animale. Peștii și alte specii acvatice excretă amoniac, mamiferele transformă azotul în uree eliminată prin urină, iar reptilele și păsările elimină azotul sub formă de acid uric solid – un proces denumit uricotelism. Acesta reprezintă o adaptare evolutivă esențială pentru conservarea apei în medii aride și protejarea embrionilor în ouăle cu coajă dură.
La oameni, acumularea excesivă de acid uric – hiperuricemia – poate duce la formarea de cristale de urat monosodic, cauzând guta sau litiaza renală. În timp ce majoritatea mamiferelor posedă enzima uricază care degradează acidul uric în compuși solubili, aceasta a fost inactivată genetic la oamenii și alte primate superioare acum aproximativ 12–14 milioane de ani. Retenția acidului uric pare să fi conferit un avantaj de supraviețuire, posibil prin rolul său antioxidant și prin influența asupra metabolismului lipidic și a semnalizării imune.

Context și întrebare științifică

Deși uratele la păsări și reptile au fost studiate încă din secolul XIX, structura și compoziția lor exactă au rămas neclare. Unele analize timpurii au arătat prezența unor microsfere bogate în acid uric cu o unică reflexie intensă în difracția cu raze X, sugerând o formă cristalină particulară, diferită de structurile cunoscute ale acidului uric hidratat.

Noua cercetare publicată de o echipă internațională de chimiști și biologi aduce o clarificare fundamentală: uratele reptilelor, de la șerpi primitivi până la specii avansate, sunt formate din microsfere nanocristaline de acid uric monohidrat (UAM). Această descoperire oferă o nouă perspectivă asupra modului în care animalele uricotelice reușesc să elimine în mod eficient mari cantități de acid uric, evitând depunerea cristalină toxică.

Despre studiu

Modelul experimental a fost șarpele piton regal (Python regius), o specie primitivă care elimină uratele în două etape distincte: un prim val format doar din urate (U1) și un al doilea, combinat cu materii fecale (U2). Analizele microscopice și spectroscopice realizate pe uratele acestor animale au evidențiat structuri sferice de 1–10 μm, compuse din nanoparticule ordonate cu dimensiuni între 40 și 180 nm.

Examinarea prin difracție de raze X (PXRD) a arătat un singur vârf puternic la o distanță interplanară de aproximativ 3,19 Å, ceea ce corespunde stratificării π-stacking caracteristice acidului uric monohidrat. Acest model structural a fost confirmat prin spectroscopie FTIR, analiză elementară și termogravimetrie.

Structura nanocristalină și variabilitatea speciilor

Urate similare au fost identificate la alte specii de reptile primitive (Python anchietae, Sanzinia madagascariensis) și la păsări mari precum rea americană (Rhea americana), ceea ce indică un mecanism conservat evolutiv. Microsferele nanocristaline, formate inițial din agregate coloidale, se asamblează ulterior în structuri mai mari, ceea ce facilitează transportul și excreția acestora. Această etapă de asamblare rămâne, însă, neclară din punct de vedere fiziologic.

Rezultate

1. Rolul uratelor în reglarea osmotică

Analizele SEM-EDX au arătat că uratele conțin cantități variabile, dar mici, de ioni metalici precum potasiu (K⁺), sodiu (Na⁺), calciu (Ca²⁺) și magneziu (Mg²⁺). Suprafețele nanocristalelor UAM au o ușoară încărcare negativă, permițând legarea acestor cationi. Această proprietate oferă o modalitate energetic favorabilă de reglare a echilibrului sărurilor, în funcție de dieta și condițiile metabolice ale reptilei.

2. Metastabilitatea microsferelor

Microsferele de UAM sunt metastabile și pot suferi în timp transformări către forme mai stabile – acid uric anhidru (UA) sau dihidrat (UAD). Studiul a arătat că, în probele stocate timp de doi ani, o parte din materialul de la suprafață s-a transformat în UAD și UA, formând o „crustă” mai puțin solubilă, în timp ce interiorul microsferelor a rămas neschimbat. Această tranziție explică raritatea identificării UAM în mediul biologic, deși ar putea fi cea mai frecvent produsă formă de acid uric din lume.

3. Diferențele între șerpii primitivi și cei avansați

La speciile de șerpi avansați (colubroizi), uratele se elimină o singură dată și conțin preponderent urat de amoniu. Analizele microscopice au relevat însă prezența parțială a microsferelor de UAM și în aceste mostre, sugerând că UAM funcționează ca precursor reactiv care interacționează cu amoniacul pentru a forma uratul de amoniu. Aceasta confirmă un mecanism comun între speciile uricotelice, indiferent de gradul evolutiv.

4. Detoxifierea amoniacului

Experimentele in vitro au arătat că microsferele UAM reacționează spontan cu hidroxidul de amoniu la temperatura camerei, generând o pulbere granulară identică uratului de amoniu observat în probele biologice. Această transformare are o semnificație fiziologică majoră: uricul monohidrat poate neutraliza amoniacul toxic, transformându-l într-o formă solidă nepericuloasă, ceea ce protejează țesuturile și permite conservarea apei.

Ipoteza uricazei silențiate la oameni

Autorii propun o ipoteză evolutivă interesantă: mutațiile care au inactivat enzima uricază la oameni ar fi putut persista deoarece niveluri moderate de acid uric ar fi oferit protecție față de acumularea amoniacului în organism. Astfel, acidul uric ar putea acționa ca un tampon fiziologic natural, limitând toxicitatea azotului. Această teorie oferă o nouă perspectivă asupra motivului pentru care niveluri moderate de uricemie pot avea efecte benefice, în timp ce concentrațiile excesive duc la boli de depunere cristalină.

Concluzii

Acest studiu extins asupra uratelor produse de reptile oferă o înțelegere profundă a sistemului evolutiv de gestionare a azotului și sărurilor în organismele uricotelice. Microsferele nanocristaline de acid uric monohidrat reprezintă o strategie biologică sofisticată pentru detoxifierea amoniacului și reglarea osmotica, adaptată mediilor sărace în apă. Descoperirile au implicații importante nu doar pentru biologia evolutivă, ci și pentru medicina umană, sugerând că acidul uric ar putea avea funcții fiziologice benefice încă subevaluate.

Rămân deschise întrebări privind locul și mecanismul exact al formării microsferelor, dar conservarea acestei structuri la un spectru larg de specii indică o soluție biochimică universală, optimizată de selecția naturală de-a lungul a milioane de ani de evoluție.