Batrachotoxin

Meera Senthilingam

Questa settimana, temiamo la rana, grazie a Stephen Wallace.

Stephen Wallace

Potreste essere stati ingannati, come me inizialmente, nel pensare che le piccole rane tropicali che si vedono nel rettilario dello zoo siano tanto innocenti e innocue quanto esotiche. Il riferimento colloquiale a questa famiglia di anuri come “rane dal dardo avvelenato” comincia ad alludere ai loro attributi e biochimiche più letali. Queste rane biosintetizzano una serie di complessi composti policiclici contenenti azoto chiamati alcaloidi come mezzo di difesa chimica, e questi possiedono proprietà biologiche mortali.

In effetti, gli anfibi hanno fornito agli scienziati una vasta gamma di oltre 800 alcaloidi biologicamente attivi che sono ancora completamente sconosciuti altrove nel mondo naturale.

Tuttavia, è una particolare tossina di difesa di una particolare rana – Phyllobates terribilis – la rana velenosa dorata, che è da temere maggiormente. Questa particolare rana è originaria della Colombia occidentale ed è considerata da molti uno degli animali più velenosi del mondo. La neurotossina che produce è un alcaloide steroideo policiclico chiamato batrachotossina, derivato dalle parole greche per ‘rana’ e per ‘tossina’. La sua struttura chimica consiste in un nucleo carbociclico steroideo – simile a quello del colesterolo e del testosterone – con l’aggiunta di un anello eterociclico transannulare a sette membri di oxazapina. La batrachotossina viene rilasciata da queste rane in risposta all’agitazione, al dolore o a una minaccia esterna, che sia un potenziale predatore, un avversario o anche un essere umano curioso, dove viene rilasciata di riflesso in secrezioni lattiginose da canali secretori e ghiandole situate sulla schiena e dietro le orecchie.

Questo composto è un mezzo di difesa straordinariamente efficace con conseguenze mortali per la sua preda. Per esempio, solo cento milionesimi di grammo di batrachotossina, l’equivalente di due grani di sale da cucina, è sufficiente per uccidere un essere umano di 68 kg. Per mettere questo in contesto, questo è più tossico del famoso curaro e della tetrodotossina mortali che si trovano altrove in natura, ed è oltre 1000 volte più velenoso del cianuro. In media una singola rana ospiterà circa 10 volte questa dose letale sotto la sua pelle in qualsiasi momento. Dopo l’esposizione alla batrachotossina, la morte è molto probabilmente inevitabile, e risulterà da convulsioni incontrollabili, insufficienza cardiaca e/o soffocamento in meno di 10 minuti. Non esiste un antidoto efficace per l’avvelenamento da batrachotossina.

La letalità della batrachotossina si ottiene bloccando permanentemente la trasmissione dei segnali nervosi ai muscoli. Ha un effetto particolarmente grave sul cuore, dove interferisce permanentemente con la conduzione, causando aritmie, fibrillazione ventricolare ed eventuale insufficienza cardiaca. Questi effetti drammatici su nervi e muscoli sono causati da un’enorme corsa intracellulare di ioni di sodio a carica positiva, ma anche di ioni di ammonio, potassio e cesio più grandi, con conseguente enorme depolarizzazione della membrana nervosa. L’effetto di questo è che i neuroni non sono più in grado di funzionare, con conseguente paralisi.

Quello che è particolarmente interessante è che quando queste rane sono allevate in cattività sono completamente innocue, e quando vengono catturate in natura e rimosse dai loro habitat nativi la quantità di tossina che producono diminuisce notevolmente nel tempo. Questa osservazione ha portato alla teoria attualmente accettata che la batrachotossina, e i relativi alcaloidi tossici, provengono esclusivamente o parzialmente dalla dieta della rana nel suo habitat nativo. Sebbene l’esatta origine alimentare della batrachotossina sia attualmente sconosciuta, è stato suggerito che possa provenire da piccoli artropodi, come il coleottero melyrid, anch’esso originario della Colombia. Per coincidenza, la batrachotossina è stata rilevata in un uccello canterino trovato in Papua Nuova Guinea, che si nutre anche del coleottero melyrid. Tuttavia, i biologi concordano sul fatto che sarebbe estremamente improbabile per questo coleottero essere in grado di biosintetizzare una tossina complessa a base di steroidi come la batrachotossina, e come tale si ritiene che il coleottero melyrid accumula anche la batrachotossina, o i suoi precursori, attraverso la sua dieta di artropodi più piccoli o anche piante.

Abbiamo solo iniziato a realizzare la diversità e la potenziale utilità delle molecole di difesa di anfibi, rettili, botanici e mammiferi nella medicina moderna. Pertanto, i chimici sintetici di tutto il mondo continuano a concepire nuove reazioni e sintesi chimiche che mirano a riprodurre queste molecole in laboratorio. Raggiungendo tali obiettivi potrebbe forse essere possibile creare antidoti per queste tossine naturali, o sviluppare metodi per alterare la loro struttura chimica, trasformandole da killer naturali in terapie moderne.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace del Medical Research Council lì, con la chimica fatale di batrachotoxin. La prossima settimana, ci spostiamo dalle rane ai molluschi e le cose diventano molto più colorate.

Hayley Birch

Il colorante viola era fatto raccogliendo centinaia – o potenzialmente migliaia – di molluschi ed estraendo da loro un muco speciale. Questo muco era la fonte di un composto verde contenente bromo chiamato tyriverdin, che si decomponeva alla luce per produrre dibromoindaco, o porpora tiriana.

Meera Senthilingam

Scopri come la chimica sintetica ha cambiato questa pratica per permettere a tutti noi di essere vestiti di viola unendo Hayley Birch nella prossima settimana di Chemistry in its Element. Fino ad allora, grazie per aver ascoltato, sono Meera Senthilingam.