Batrachotoxine

Meera Senthilingam

Cette semaine, nous craignons la grenouille, grâce à Stephen Wallace.

Stephen Wallace

Vous avez peut-être été trompés, comme je l’ai été au début, en pensant que les petites grenouilles tropicales que vous voyez dans la maison des reptiles du zoo sont aussi innocentes et inoffensives qu’elles ont des couleurs exotiques. La référence familière à cette famille d’anoures sous le nom de « grenouilles à venin » commence à faire allusion à leurs attributs et à leur biochimie plus mortels. Ces grenouilles biosynthétisent une gamme de composés complexes polycycliques contenant de l’azote, appelés alcaloïdes, comme moyen de défense chimique, et ceux-ci possèdent des propriétés biologiques mortelles.

En fait, les amphibiens ont fourni aux scientifiques un ensemble diversifié de plus de 800 alcaloïdes biologiquement actifs qui sont encore totalement inconnus ailleurs dans le monde naturel.

Cependant, c’est une toxine de défense particulière d’une grenouille particulière – Phyllobates terribilis – la grenouille de poison dorée, qui est à craindre le plus. Cette grenouille particulière est originaire de l’ouest de la Colombie et est considérée par beaucoup comme l’un des animaux les plus venimeux au monde. La neurotoxine qu’elle produit est un alcaloïde stéroïdien polycyclique appelé batrachotoxine, dérivé des mots grecs signifiant « grenouille » et « toxine ». Sa structure chimique consiste en un noyau carbocyclique stéroïdien – semblable à celui du cholestérol et de la testostérone – auquel s’ajoute un noyau hétérocyclique oxazapine transannulaire à sept chaînons. La batrachotoxine est libérée par ces grenouilles en réponse à l’agitation, à la douleur ou à une menace extérieure, qu’il s’agisse d’un prédateur potentiel, d’un adversaire ou même d’un être humain curieux, où elle est libérée par réflexe dans des sécrétions laiteuses provenant de canaux et de glandes sécrétoires situés sur son dos et derrière ses oreilles.

Ce composé est un moyen de défense remarquablement efficace aux conséquences mortelles pour ses proies. Par exemple, seulement cent millionièmes de gramme de batrachotoxine, soit l’équivalent de deux grains de sel de table, suffisent à tuer un être humain de 68 kg. Pour replacer les choses dans leur contexte, cette substance est plus toxique que le curare et la tétrodotoxine, célèbres pour leur toxicité, que l’on trouve ailleurs dans la nature, et elle est plus de 1000 fois plus toxique que le cyanure. En moyenne, une seule grenouille abrite sous sa peau environ 10 fois cette dose mortelle à un moment donné. En cas d’exposition à la batrachotoxine, la mort est très probablement inévitable et résulte de convulsions incontrôlables, d’un arrêt cardiaque et/ou d’une suffocation en moins de 10 minutes. Il n’existe pas d’antidote efficace pour l’empoisonnement à la batrachotoxine.

La létalité de la batrachotoxine est obtenue en bloquant de façon permanente la transmission des signaux nerveux aux muscles. Elle a un effet particulièrement grave sur le cœur, où elle interfère de façon permanente avec la conduction, provoquant des arythmies, une fibrillation ventriculaire et finalement une insuffisance cardiaque. Ces effets dramatiques sur les nerfs et les muscles sont causés par une énorme ruée intracellulaire d’ions sodium chargés positivement, mais aussi d’ions ammonium, potassium et césium plus importants, ce qui entraîne une dépolarisation massive de la membrane nerveuse. Cela a pour effet que les neurones ne sont plus capables de fonctionner, ce qui entraîne une paralysie.

Ce qui est particulièrement intéressant, c’est que lorsque ces grenouilles sont élevées en captivité, elles sont totalement inoffensives, et que lorsqu’elles sont capturées dans la nature et retirées de leur habitat d’origine, la quantité de toxine qu’elles produisent diminue considérablement au fil du temps. Cette observation a conduit à la théorie actuellement acceptée selon laquelle la batrachotoxine, et les alcaloïdes toxiques apparentés, proviennent exclusivement ou partiellement du régime alimentaire de la grenouille dans son habitat d’origine. Bien que l’origine alimentaire exacte de la batrachotoxine soit actuellement inconnue, il a été suggéré qu’elle pourrait provenir de petits arthropodes, tels que le coléoptère melyrid, également originaire de Colombie. Par coïncidence, la batrachotoxine a été détectée chez un oiseau chanteur de Papouasie-Nouvelle-Guinée, qui se nourrit également de coléoptères melyrides. Cependant, les biologistes s’accordent à dire qu’il serait extrêmement improbable que ce coléoptère soit capable de biosynthétiser une toxine complexe à base de stéroïdes telle que la batrachotoxine, et on pense donc que le coléoptère melyride accumule également la batrachotoxine, ou ses précurseurs, à travers son régime alimentaire composé d’arthropodes plus petits ou même de plantes.

Nous commençons seulement à réaliser la diversité et l’utilité potentielle des molécules de défense amphibiennes, reptiliennes, botaniques et mammaliennes dans la médecine moderne. À ce titre, les chimistes de synthèse du monde entier continuent de concevoir de nouvelles réactions chimiques et des synthèses qui visent à reproduire ces molécules en laboratoire. En atteignant de tels objectifs, il serait peut-être possible de créer des antidotes pour ces toxines naturelles, ou de développer des méthodes pour modifier leur structure chimique, les transformant de tueurs naturels en thérapeutiques modernes.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace du Medical Research Council là-bas, avec la chimie fatale de la batrachotoxine. La semaine prochaine, nous passons des grenouilles aux mollusques et les choses deviennent beaucoup plus colorées.

Hayley Birch

La teinture violette était fabriquée en collectant des centaines – ou potentiellement des milliers – de mollusques et en extrayant d’eux un mucus spécial. Ce mucus était la source d’un composé vert contenant du brome appelé tyriverdine, qui se décomposait à la lumière pour produire du dibromoindigo, ou pourpre tyrien.

Meera Senthilingam

Découvrez comment la chimie de synthèse a changé cette pratique pour nous permettre à tous de nous draper de pourpre en rejoignant Hayley Birch dans la Chimie dans son élément de la semaine prochaine. D’ici là, merci de votre écoute, je suis Meera Senthilingam.