Batrachotoksyna

Meera Senthilingam

W tym tygodniu, boimy się żaby, dzięki Stephen Wallace.

Stephen Wallace

Możesz być oszukany, jak ja początkowo byłem, do myślenia, że małe tropikalne żaby, które widzisz w domu gadów w zoo są tak niewinne i nieszkodliwe, jak są egzotycznie kolorowe. Potoczne odniesienie do tej rodziny anurans jako „poison dart frogs” zaczyna wskazywać na ich bardziej śmiercionośnych atrybutów i biochemii. Żaby te biosyntetyzują szereg złożonych wielopierścieniowych związków zawierających azot, zwanych alkaloidami, jako środek obrony chemicznej, a te posiadają zabójcze właściwości biologiczne.

W rzeczywistości płazy dostarczyły naukowcom zróżnicowany zestaw ponad 800 biologicznie aktywnych alkaloidów, które są jak dotąd całkowicie nieznane w innych częściach świata przyrody.

Jednakże jest to jedna szczególna toksyna obronna jednej szczególnej żaby – Phyllobates terribilis – złotej żaby trującej, której należy obawiać się najbardziej. Ta szczególna żaba pochodzi z zachodniej Kolumbii i jest uważana przez wielu za jedno z najbardziej trujących zwierząt na świecie. Produkowana przez nią neurotoksyna to policykliczny alkaloid steroidowy zwany batrachotoksyną, pochodzący od greckich słów oznaczających „żabę” i „toksynę”. Jej struktura chemiczna składa się ze steroidowego rdzenia karbocyklicznego – podobnego do tego, który występuje w cholesterolu i testosteronie – z dodatkową cechą w postaci transaninowego siedmioczłonowego pierścienia heterocyklicznego oksazapiny. Batrachotoksyna jest uwalniana przez te żaby w odpowiedzi na pobudzenie, ból lub zagrożenie zewnętrzne, czy to potencjalnego drapieżnika, przeciwnika lub nawet ciekawskiego człowieka, gdzie jest odruchowo uwalniana w mlecznej wydzielinie z kanałów wydzielniczych i gruczołów zlokalizowanych na grzbiecie i za uszami.

Związek ten jest niezwykle skutecznym środkiem obrony o śmiertelnych konsekwencjach dla swoich ofiar. Na przykład, tylko sto milionowych części grama batrachotoksyny, równowartość dwóch ziaren soli kuchennej, jest wystarczające do zabicia 68 kg człowieka. W tym kontekście jest to bardziej toksyczne niż słynna śmiertelna kurara i tetrodotoksyna, które występują w innych miejscach w przyrodzie, i jest ponad 1000 razy bardziej trujące niż cyjanek. Przeciętnie jedna żaba może przechowywać pod skórą około 10-krotność tej śmiertelnej dawki w dowolnym momencie. Po narażeniu na batrachotoksynę śmierć jest najprawdopodobniej nieunikniona i nastąpi w wyniku niekontrolowanych drgawek, niewydolności serca i/lub uduszenia w czasie krótszym niż 10 minut. Nie istnieje skuteczne antidotum na zatrucie batrachotoksyną.

Śmiertelność batrachotoksyny osiągana jest poprzez trwałe zablokowanie przekazywania sygnałów nerwowych do mięśni. Ma ona szczególnie poważny wpływ na serce, gdzie trwale zakłóca przewodzenie, powodując arytmię, migotanie komór i w końcu niewydolność serca. Te dramatyczne skutki dla nerwów i mięśni są spowodowane przez ogromny wewnątrzkomórkowy pęd dodatnio naładowanych jonów sodu, ale także większych jonów amonu, potasu i cezu, co powoduje ogromną depolaryzację błony nerwowej. Efektem tego jest to, że neurony nie są już w stanie funkcjonować, co prowadzi do paraliżu.

Co jest szczególnie interesujące, to fakt, że kiedy te żaby są hodowane w niewoli, są całkowicie nieszkodliwe, a kiedy są złapane na wolności i usunięte z ich rodzimych siedlisk, ilość toksyny, którą produkują, znacznie zmniejsza się w czasie. Ta obserwacja doprowadziła do obecnie akceptowanej teorii, że batrachotoksyna i pokrewne toksyczne alkaloidy pochodzą wyłącznie lub częściowo z diety żaby w jej rodzimym środowisku. Chociaż dokładne pochodzenie pokarmowe batrachotoksyny jest obecnie nieznane, zasugerowano, że może ona pochodzić z małych stawonogów, takich jak chrząszcz melyrid, również występujący w Kolumbii. Przypadkowo batrachotoksyna została wykryta u ptaka śpiewającego znalezionego w Papui Nowej Gwinei, który również żywi się chrząszczem melyrid. Jednak biolodzy zgadzają się, że byłoby bardzo mało prawdopodobne, aby ten chrząszcz był w stanie biosyntetyzować złożoną toksynę opartą na steroidach, taką jak batrachotoksyna, i dlatego uważa się, że chrząszcz melyrid również gromadzi batrachotoksynę lub jej prekursory poprzez dietę mniejszych stawonogów lub nawet roślin.

Zaczynaliśmy dopiero zdawać sobie sprawę z różnorodności i potencjalnej użyteczności cząsteczek obronnych płazów, gadów, roślin i ssaków we współczesnej medycynie. W związku z tym chemicy syntetyczni na całym świecie nadal opracowują nowe reakcje chemiczne i syntezy, które mają na celu odtworzenie tych cząsteczek w warunkach laboratoryjnych. Osiągając takie cele, być może uda się stworzyć antidotum na te naturalne toksyny lub opracować metody zmiany ich struktury chemicznej, przekształcając je z naturalnych zabójców w nowoczesne leki.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace z Medical Research Council tam, z fatalną chemią batrachotoksyny. W przyszłym tygodniu przechodzimy od żab do mięczaków, a sprawy stają się o wiele bardziej kolorowe.

Hayley Birch

Purpurowy barwnik wytwarzano, zbierając setki – lub potencjalnie tysiące – mięczaków i wydobywając z nich specjalny śluz. Śluz ten był źródłem zielonego, zawierającego brom związku o nazwie tyriverdin, który rozkładał się pod wpływem światła, tworząc dibromoindigo, czyli purpurę tyryjską.

Meera Senthilingam

Odkryj, jak chemia syntetyczna zmieniła tę praktykę, aby umożliwić nam wszystkim bycie ubranymi na fioletowo, dołączając do Hayley Birch w przyszłotygodniowym wydaniu Chemii w jej żywiole. Do tego czasu, dziękuję za słuchanie, jestem Meera Senthilingam.