Batrachotoxin

Meera Senthilingam

Tento týden se díky Stephenu Wallaceovi bojíme žab.

Stephen Wallace

Možná jste si stejně jako já zpočátku mysleli, že malé tropické žáby, které vídáte v zoologické zahradě u plazů, jsou stejně nevinné a neškodné jako exoticky zbarvené. Hovorové označení této čeledi anuránů jako „jedovaté žáby“ začíná naznačovat jejich smrtelnější vlastnosti a biochemii. Tyto žáby jako prostředek chemické obrany biosyntetizují řadu složitých polycyklických sloučenin obsahujících dusík, které se nazývají alkaloidy a které mají smrtící biologické vlastnosti.

Obojživelníci ve skutečnosti poskytli vědcům pestrou škálu více než 800 biologicky aktivních alkaloidů, které jsou zatím jinde v přírodě zcela neznámé.

Největší strach však budí jeden konkrétní obranný toxin jedné konkrétní žáby – Phyllobates terribilis – zlaté jedovaté žáby. Tato konkrétní žába pochází ze západní Kolumbie a mnozí ji považují za jednoho z nejjedovatějších živočichů na světě. Neurotoxin, který produkuje, je polycyklický steroidní alkaloid zvaný batrachotoxin, odvozený z řeckých slov „žába“ a „toxin“. Jeho chemická struktura se skládá ze steroidního karbocyklického jádra – podobného jádru cholesterolu a testosteronu – s přidaným transanulárním sedmičlenným oxazapinovým heterocyklickým kruhem. Batrachotoxin tyto žáby uvolňují v reakci na rozrušení, bolest nebo vnější ohrožení, ať už se jedná o potenciálního predátora, protivníka nebo dokonce zvědavého člověka, kdy se reflexně uvolňuje v mléčných sekretech ze sekrečních kanálků a žláz umístěných na hřbetě a za ušima.

Tato sloučenina je pozoruhodně účinným obranným prostředkem se smrtelnými následky pro kořist. Například pouhá stomiliontina gramu batrachotoxinu, což odpovídá dvěma zrnkům kuchyňské soli, stačí k usmrcení 68kg člověka. Pro představu, je to jedovatější než známé smrtící kurare a tetrodotoxin, které se vyskytují i jinde v přírodě, a více než tisíckrát jedovatější než kyanid. Jedna žába má pod kůží v průměru vždy asi desetinásobek této smrtelné dávky. Po expozici batrachotoxinu je smrt s největší pravděpodobností nevyhnutelná a nastane v důsledku nekontrolovatelných křečí, selhání srdce a/nebo udušení za méně než 10 minut. Na otravu batrachotoxinem neexistuje účinný protijed.

Smrtelnosti batrachotoxinu je dosaženo trvalým zablokováním přenosu nervových signálů do svalů. Zvláště závažný účinek má na srdce, kde trvale narušuje vodivost, což způsobuje arytmii, fibrilaci komor a případné srdeční selhání. Tyto dramatické účinky na nervy a svaly jsou způsobeny obrovským vnitrobuněčným přívalem kladně nabitých sodíkových iontů, ale také větších amonných, draslíkových a cesiových iontů, což vede k obrovské depolarizaci nervové membrány. To má za následek, že neurony již nejsou schopny fungovat, což vede k ochrnutí.

Zajímavé je zejména to, že když jsou tyto žáby chovány v zajetí, jsou zcela neškodné, a když jsou odchyceny ve volné přírodě a odstraněny ze svého původního prostředí, množství toxinu, které produkují, se časem výrazně snižuje. Toto pozorování vedlo k v současnosti přijímané teorii, že batrachotoxin a příbuzné toxické alkaloidy pocházejí buď výhradně, nebo částečně z potravy žab v jejich přirozeném prostředí. Ačkoli přesný původ batrachotoxinu v potravě není v současné době znám, předpokládá se, že může pocházet z malých členovců, jako je brouk melyrid, který je rovněž původní v Kolumbii. Shodou okolností byl batrachotoxin zjištěn u zpěvného ptáka nalezeného na Papui-Nové Guineji, který se rovněž živí broukem melyridem. Biologové se však shodují, že je velmi nepravděpodobné, že by tento brouk byl schopen biosyntetizovat komplexní toxin na bázi steroidů, jako je batrachotoxin, a proto se předpokládá, že brouk melyrid také hromadí batrachotoxin nebo jeho prekurzory prostřednictvím své potravy z menších členovců nebo dokonce rostlin.

Rozmanitost a potenciální využitelnost obranných molekul obojživelníků, plazů, rostlin a savců v moderní medicíně si teprve uvědomujeme. Syntetičtí chemici na celém světě proto nadále vymýšlejí nové chemické reakce a syntézy, jejichž cílem je reprodukovat tyto molekuly v laboratorních podmínkách. Dosažením takových cílů by snad mohlo být možné vytvořit protilátky pro tyto přírodní toxiny nebo vyvinout metody, jak změnit jejich chemickou strukturu a přeměnit je z přírodních zabijáků na moderní léčiva.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace z tamní Rady pro lékařský výzkum s osudovou chemií batrachotoxinu. Příští týden se od žab přesuneme k měkkýšům a vše bude mnohem pestřejší.

Hayley Birch

Fialové barvivo se vyrábělo tak, že se nasbíraly stovky – nebo možná tisíce – měkkýšů a extrahoval se z nich speciální sliz. Tento sliz byl zdrojem zelené sloučeniny obsahující brom zvané tyriverdin, která se na světle rozkládala a vytvářela dibromoindigo neboli tyrský purpur.

Meera Senthilingam

Objevte, jak syntetická chemie změnila tento postup, aby nám všem umožnila zahalit se do purpurové, a připojte se k Hayley Birchové v příštím týdnu v pořadu Chemie v prvcích. Do té doby vám děkuji za pozornost, jsem Meera Senthilingamová.

.