Batrachotoxin

Meera Senthilingam

Tällä viikolla pelkäämme sammakkoa, kiitos Stephen Wallacen.

Stephen Wallace

Olette ehkä uskotelleet, kuten minäkin alun perin, että pienet trooppiset sammakot, joita näette eläintarhan matelijahuoneessa, ovat yhtä viattomia ja harmittomia kuin eksoottisen värisiä. Yleiskielinen nimitys ”myrkkysammakot”, joka viittaa tähän anurans-heimoon, alkaa viitata niiden tappavampiin ominaisuuksiin ja biokemiaan. Nämä sammakot syntetisoivat kemiallisena puolustuskeinona erilaisia monimutkaisia polysyklisiä typpipitoisia yhdisteitä, joita kutsutaan alkaloideiksi, ja niillä on tappavia biologisia ominaisuuksia.

Koska sammakkoeläimet ovat itse asiassa tarjonneet tutkijoille monipuolisen joukon yli 800 biologisesti aktiivista alkaloidia, jotka ovat toistaiseksi täysin tuntemattomia muualla luonnossa.

Mutta juuri yhden tietyn sammakon – Phyllobates terribilis – kultaisen myrkkysammakon – puolustusmyrkkyä on syytä pelätä eniten. Tämä kyseinen sammakko on kotoisin Länsi-Kolumbiasta, ja monet pitävät sitä yhtenä maailman myrkyllisimmistä eläimistä. Sen tuottama hermomyrkky on polysyklinen steroidialkaloidi nimeltä batrachotoxin, joka tulee kreikan kielen sanoista ”sammakko” ja ”myrkky”. Sen kemiallinen rakenne koostuu steroidisesta karbosyklisestä ytimestä – joka muistuttaa kolesterolin ja testosteronin ydintä – ja siihen on lisätty transannulaarinen seitsenjäseninen oksatsapiiniheterosyklinen rengas. Nämä sammakot vapauttavat batrachotoksiinia vastauksena levottomuuteen, kipuun tai ulkoiseen uhkaan, olipa kyseessä sitten mahdollinen saalistaja, vastustaja tai jopa utelias ihminen, jolloin se vapautuu refleksinomaisesti maitomaisina eritteinä selässä ja korvien takana sijaitsevista erityskanavista ja -rauhasista.

Tämä yhdiste on huomattavan tehokas puolustautumiskeino, jolla on tappavia seurauksia saaliille. Esimerkiksi vain sadan miljoonasosan gramma batrachotoksiinia, joka vastaa kahta ruokasuolan jyvää, riittää tappamaan 68 kg painavan ihmisen. Tämä on myrkyllisempää kuin tunnetusti tappavat kurare ja tetrodotoksiini, joita esiintyy muualla luonnossa, ja yli 1000 kertaa myrkyllisempää kuin syanidi. Keskimäärin yksittäinen sammakko kätkee nahkansa alle noin 10 kertaa tämän tappavan annoksen kerrallaan. Kun sammakko altistuu batrakotoksiinille, kuolema on todennäköisesti väistämätön, ja se johtuu hallitsemattomista kouristuksista, sydämen vajaatoiminnasta ja/tai tukehtumisesta alle 10 minuutissa. Batrakotoksiinimyrkytykseen ei ole tehokasta vastalääkettä.

Batrakotoksiinin tappavuus saavutetaan estämällä pysyvästi hermosignaalien välittyminen lihaksiin. Sillä on erityisen vakava vaikutus sydämeen, jossa se häiritsee pysyvästi johtumista aiheuttaen rytmihäiriöitä, kammiovärinää ja lopulta sydämen vajaatoimintaa. Nämä dramaattiset vaikutukset hermoihin ja lihaksiin johtuvat positiivisesti varattujen natriumionien, mutta myös suurempien ammonium-, kalium- ja cesiumionien valtavasta solunsisäisestä virtauksesta, joka johtaa hermokalvon valtavaan depolarisaatioon. Tämän seurauksena hermosolut eivät enää kykene toimimaan, mikä johtaa halvaantumiseen.

Erityisen mielenkiintoista on se, että kun näitä sammakoita kasvatetaan vankeudessa, ne ovat täysin vaarattomia, ja kun ne pyydystetään luonnosta ja siirretään pois alkuperäisestä elinympäristöstään, niiden tuottaman toksiinin määrä vähenee ajan myötä merkittävästi. Tämä havainto on johtanut nykyisin hyväksyttyyn teoriaan, jonka mukaan batrachotoksiini ja siihen liittyvät myrkylliset alkaloidit ovat peräisin joko yksinomaan tai osittain sammakon ravinnosta sen alkuperäisessä elinympäristössä. Vaikka batrachotoksiinin tarkkaa alkuperää ravinnosta ei tällä hetkellä tiedetä, on esitetty, että se saattaisi olla peräisin pienistä niveljalkaisista, kuten Melyrid-kuoriaisesta, joka on myös kotoisin Kolumbiasta. Sattumalta batrachotoksiinia on havaittu Papua-Uudessa-Guineassa elävässä laululinnussa, joka myös syö melyrid-kuoriaista. Biologit ovat kuitenkin yhtä mieltä siitä, että olisi erittäin epätodennäköistä, että tämä kuoriainen pystyisi biosyntetisoimaan batrachotoksiinin kaltaista monimutkaista steroidipohjaista myrkkyä, ja siksi uskotaan, että kyseinen kuoriainen kerää batrachotoksiinia tai sen esiasteita myös pienempien niveljalkaisten tai jopa kasvien ravinnon kautta.

Olemme vasta alkaneet ymmärtää sammakkoeläinten, matelijoiden, kasvien ja nisäkkäiden puolustusmolekyylien moninaisuutta ja potentiaalista käyttökelpoisuutta nykypäivän lääketieteessä. Sinänsä synteettiset kemistit ympäri maailmaa jatkavat edelleen uusien kemiallisten reaktioiden ja synteesien suunnittelua, joilla pyritään jäljentämään näitä molekyylejä laboratorioympäristössä. Saavuttamalla tällaiset tavoitteet voisi ehkä olla mahdollista luoda vastalääkkeitä näille luonnollisille toksiineille tai kehittää menetelmiä niiden kemiallisen rakenteen muuttamiseksi, jolloin ne muuttuisivat luonnollisista tappajista nykyaikaisiksi terapeuteiksi.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace Medical Research Councilista siellä batrachotoksiinin kohtalokkaan kemian parissa. Ensi viikolla siirrytään sammakoista nilviäisiin, ja asiat muuttuvat paljon värikkäämmiksi.

Hayley Birch

Lilaa väriainetta valmistettiin keräämällä satoja – tai mahdollisesti tuhansia – nilviäisiä ja uuttamalla niistä erityistä limaa. Tämä lima oli lähde vihreälle, bromia sisältävälle yhdisteelle nimeltä tyriverdin, joka hajosi valossa tuottaen dibromoindigoa eli tyrianpurppuraa.

Meera Senthilingam

Tutustu siihen, miten synteettinen kemia muutti tätä käytäntöä, jotta voimme kaikki pukeutua purppuranpunaiseen, liittymällä Hayley Birchin seuraan ensi viikolla ilmestyvässä Kemian alkeissa. Siihen asti kiitos kuuntelemisesta, olen Meera Senthilingam.