Batrachotoxin

Meera Senthilingam

Diese Woche fürchten wir uns vor dem Frosch, dank Stephen Wallace.

Stephen Wallace

Die kleinen tropischen Frösche, die man im Reptilienhaus des Zoos sieht, sind vielleicht so unschuldig und harmlos wie exotisch gefärbt, wie ich anfangs dachte. Die umgangssprachliche Bezeichnung dieser Anurenfamilie als „Pfeilgiftfrösche“ deutet bereits auf ihre tödlichen Eigenschaften und biochemischen Eigenschaften hin. Diese Frösche biosynthetisieren eine Reihe komplexer polyzyklischer stickstoffhaltiger Verbindungen, die Alkaloide genannt werden, als Mittel der chemischen Verteidigung, und diese besitzen tödliche biologische Eigenschaften.

In der Tat haben Amphibien den Wissenschaftlern eine vielfältige Palette von über 800 biologisch aktiven Alkaloiden geliefert, die in der Natur noch völlig unbekannt sind.

Allerdings ist es ein bestimmtes Abwehrgift eines bestimmten Frosches – Phyllobates terribilis – der goldene Giftfrosch, der am meisten zu fürchten ist. Dieser Frosch ist im westlichen Kolumbien beheimatet und wird von vielen als eines der giftigsten Tiere der Welt angesehen. Das von ihm produzierte Nervengift ist ein polyzyklisches steroidales Alkaloid namens Batrachotoxin, abgeleitet von den griechischen Wörtern für „Frosch“ und für „Gift“. Seine chemische Struktur besteht aus einem steroidalen carbocyclischen Kern – ähnlich dem von Cholesterin und Testosteron – mit dem zusätzlichen Merkmal eines transannulären siebengliedrigen heterocyclischen Oxazapinrings. Batrachotoxin wird von diesen Fröschen als Reaktion auf Erregung, Schmerz oder eine äußere Bedrohung freigesetzt, sei es ein potenzielles Raubtier, ein Gegner oder sogar ein neugieriger Mensch, wobei es reflexartig in Form eines milchigen Sekrets aus den sekretorischen Kanälen und Drüsen auf dem Rücken und hinter den Ohren freigesetzt wird.

Dieser Stoff ist ein bemerkenswert wirksames Verteidigungsmittel mit tödlichen Folgen für seine Beute. So reicht zum Beispiel nur ein hundertmillionstel Gramm Batrachotoxin, das entspricht zwei Körnchen Kochsalz, aus, um einen 68 kg schweren Menschen zu töten. Das ist giftiger als das berühmte tödliche Curare und Tetrodotoxin, die anderswo in der Natur vorkommen, und über 1000-mal giftiger als Zyanid. Im Durchschnitt beherbergt ein einziger Frosch zu jeder Zeit etwa das 10-fache dieser tödlichen Dosis unter seiner Haut. Bei einer Exposition gegenüber Batrachotoxin ist der Tod höchstwahrscheinlich unvermeidlich und tritt in weniger als 10 Minuten durch unkontrollierbare Krämpfe, Herzversagen und/oder Ersticken ein. Es gibt kein wirksames Gegenmittel für Batrachotoxin-Vergiftungen.

Die tödliche Wirkung von Batrachotoxin wird durch die dauerhafte Blockierung der Übertragung von Nervensignalen an die Muskeln erreicht. Besonders schwerwiegend wirkt es sich auf das Herz aus, wo es die Erregungsleitung dauerhaft stört und Herzrhythmusstörungen, Kammerflimmern und schließlich Herzversagen verursacht. Diese dramatischen Auswirkungen auf Nerven und Muskeln werden durch einen enormen intrazellulären Ansturm von positiv geladenen Natriumionen, aber auch von größeren Ammonium-, Kalium- und Cäsiumionen verursacht, was zu einer enormen Depolarisierung der Nervenmembran führt. Dies hat zur Folge, dass die Neuronen nicht mehr funktionieren können, was zu Lähmungen führt.

Besonders interessant ist, dass diese Frösche, wenn sie in Gefangenschaft gezüchtet werden, völlig harmlos sind, und wenn sie in freier Wildbahn gefangen und aus ihren heimischen Lebensräumen entfernt werden, die Menge des von ihnen produzierten Giftes mit der Zeit deutlich abnimmt. Diese Beobachtung hat zu der heute akzeptierten Theorie geführt, dass Batrachotoxin und verwandte giftige Alkaloide entweder ausschließlich oder teilweise aus der Nahrung des Frosches in seinem natürlichen Lebensraum stammen. Obwohl die genaue Herkunft des Batrachotoxins aus der Nahrung derzeit nicht bekannt ist, wird vermutet, dass es von kleinen Arthropoden wie dem ebenfalls in Kolumbien beheimateten Melyrid-Käfer stammen könnte. Zufälligerweise wurde Batrachotoxin in einem Singvogel in Papua-Neuguinea nachgewiesen, der sich ebenfalls vom Melyrid-Käfer ernährt. Biologen sind sich jedoch einig, dass es äußerst unwahrscheinlich ist, dass dieser Käfer in der Lage ist, ein komplexes, auf Steroiden basierendes Toxin wie Batrachotoxin zu biosynthetisieren, weshalb man davon ausgeht, dass der Melyrid-Käfer Batrachotoxin oder seine Vorstufen auch durch seine Ernährung mit kleineren Arthropoden oder sogar Pflanzen anreichert.

Wir haben erst begonnen, die Vielfalt und den potenziellen Nutzen der Abwehrmoleküle von Amphibien, Reptilien, Pflanzen und Säugetieren für die moderne Medizin zu erkennen. Daher arbeiten Synthesechemiker in der ganzen Welt an neuen chemischen Reaktionen und Synthesen, um diese Moleküle im Labor nachzubilden. Auf diese Weise könnte es vielleicht möglich sein, Gegenmittel für diese natürlichen Gifte zu schaffen oder Methoden zu entwickeln, um ihre chemische Struktur zu verändern und sie so von natürlichen Killermolekülen in moderne Therapeutika zu verwandeln.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace vom Medical Research Council dort, mit der tödlichen Chemie des Batrachotoxins. Nächste Woche wechseln wir von den Fröschen zu den Mollusken, und die Dinge werden viel bunter.

Hayley Birch

Violetter Farbstoff wurde hergestellt, indem man Hunderte – oder möglicherweise Tausende – von Mollusken sammelte und aus ihnen einen speziellen Schleim extrahierte. Dieser Schleim war die Quelle einer grünen, bromhaltigen Verbindung namens Tyriverdin, die sich unter Lichteinwirkung zersetzte, um Dibromoindigo oder Tyrian Purple zu erzeugen.

Meera Senthilingam

Entdecken Sie, wie die synthetische Chemie diese Praxis veränderte, damit wir alle in Purple gehüllt werden können, indem Sie Hayley Birch in der nächsten Woche in Chemie in ihrem Element folgen. Bis dahin, danke fürs Zuhören, ich bin Meera Senthilingam.