Batrachotoxin

Meera Senthilingam

Denna vecka fruktar vi grodan tack vare Stephen Wallace.

Stephen Wallace

Du kanske har lurats, precis som jag till att börja med, att tro att de små tropiska grodorna som du ser i reptilhuset på djurparken är lika oskyldiga och ofarliga som de är exotiskt färgade. Den vardagliga hänvisningen till denna familj av anuraner som ”pilgiftsgrodor” börjar antyda deras mer dödliga egenskaper och biokemi. Dessa grodor biosyntetiserar en rad komplexa polycykliska kvävehaltiga föreningar som kallas alkaloider som ett sätt att försvara sig kemiskt, och dessa har dödliga biologiska egenskaper.

För övrigt har amfibier försett forskarna med ett varierat utbud av över 800 biologiskt aktiva alkaloider som ännu är helt okända på andra håll i naturen.

Det är dock ett särskilt försvarstoxin från en särskild groda – Phyllobates terribilis – den gyllene giftgrodan – som är mest fruktad. Denna speciella groda är infödd i västra Colombia och anses av många vara ett av de mest giftiga djuren i världen. Det neurotoxin som den producerar är en polycyklisk steroidalkaloid som kallas batrachotoxin, som härstammar från de grekiska orden för ”groda” och ”toxin”. Dess kemiska struktur består av en steroidal karbocyklisk kärna – som liknar kolesterolets och testosterons kärna – med tillägget av en transannulär sjudelad oxazapinheterocyklisk ring. Batrachotoxin frisätts av dessa grodor som svar på oro, smärta eller ett yttre hot, oavsett om det är ett potentiellt rovdjur, en motståndare eller till och med en nyfiken människa, där det reflexmässigt frisätts i mjölkaktiga sekret från sekretoriska kanaler och körtlar som finns på ryggen och bakom öronen.

Denna förening är ett anmärkningsvärt effektivt sätt att försvara sig, vilket har dödliga följder för dess byte. Till exempel räcker bara en hundramiljondels gram batrachotoxin, motsvarande två korn bordssalt, för att döda en människa på 68 kg. För att sätta detta i ett sammanhang är detta giftigare än de berömda dödliga curare och tetrodotoxin som finns på andra ställen i naturen, och är över 1000 gånger giftigare än cyanid. En enskild groda kan i genomsnitt hysa omkring 10 gånger denna dödliga dos under sin hud vid varje tillfälle. Vid exponering för batrachotoxin är döden troligen oundviklig och beror på okontrollerbara kramper, hjärtsvikt och/eller kvävning på mindre än 10 minuter. Det finns inget effektivt motgift mot batrachotoxinförgiftning.

Batrachotoxins dödlighet uppnås genom att permanent blockera överföringen av nervsignaler till musklerna. Det har en särskilt allvarlig effekt på hjärtat, där det permanent stör ledningen och orsakar arytmier, kammarflimmer och slutligen hjärtsvikt. Dessa dramatiska effekter på nerver och muskler orsakas av en enorm intracellulär ström av positivt laddade natriumjoner, men även större ammonium-, kalium- och cesiumjoner som resulterar i en enorm depolarisering av nervmembranet. Effekten av detta är att neuronerna inte längre kan fungera, vilket resulterar i förlamning.

Vad som är särskilt intressant är att när dessa grodor föds upp i fångenskap är de helt ofarliga, och när de fångas upp i det vilda och avlägsnas från sina naturliga livsmiljöer minskar mängden toxin som de producerar avsevärt med tiden. Denna observation har lett till den för närvarande accepterade teorin att batrachotoxin och liknande giftiga alkaloider antingen uteslutande eller delvis kommer från grodans föda i dess naturliga livsmiljö. Även om det exakta ursprunget till batrachotoxin i kosten för närvarande är okänt, har det föreslagits att det kan komma från små leddjur, t.ex. melyridbaggen, som också är infödd i Colombia. Av en slump har batrachotoxin påvisats i en sångfågel från Papua Nya Guinea, som också äter melyridbaggen. Biologer är dock överens om att det skulle vara ytterst osannolikt att denna skalbagge skulle kunna biosyntetisera ett komplext steroidbaserat toxin som batrachotoxin, och därför tror man att melyridbaggen också ackumulerar batrachotoxin, eller dess prekursorer, genom sin diet av mindre leddjur eller till och med växter.

Vi har bara börjat inse mångfalden och den potentiella nyttan av försvarsmolekyler från amfibier, reptiler, botaniker och däggdjur i dagens medicin. Därför fortsätter syntetiska kemister runt om i världen att utforma nya kemiska reaktioner och synteser som syftar till att reproducera dessa molekyler i en laboratoriemiljö. Genom att uppnå sådana mål skulle det kanske vara möjligt att skapa motmedel för dessa naturliga gifter, eller att utveckla metoder för att ändra deras kemiska struktur och omvandla dem från naturliga mördare till moderna terapeutiska medel.

Meera Senthilingam

Stephen Wallace från Medical Research Council där, med den ödesdigra kemin av batrachotoxin. Nästa vecka går vi från grodor till blötdjur och det blir mycket mer färgstarkt.

Hayley Birch

Lila färgämnen tillverkades genom att samla in hundratals – eller potentiellt tusentals – blötdjur och extrahera ett speciellt slem från dem. Detta slem var källan till en grön, bromhaltig förening som kallades tyriverdin och som sönderdelades i ljus för att producera dibromoindigo, eller tyrianlila.

Meera Senthilingam

Upptäck hur den syntetiska kemin förändrade detta tillvägagångssätt för att göra det möjligt för oss alla att klä oss i lila genom att följa med Hayley Birch i nästa veckas avsnitt av Kemi i sitt element. Tack för att du lyssnar tills dess, jag heter Meera Senthilingam.