Australië is het thuis van een aantal van de gevaarlijkste wilde dieren ter wereld. Iedereen die in het oosten van Australië buiten komt, doet er verstandig aan uit te kijken voor slangen, spinnen, opvliegende vogels, krokodillen, dodelijke kegelslakken en kleine giftige kwallen.
Maar wat niet iedereen weet, is dat zelfs sommige bomen je te pakken kunnen krijgen.
Onderzoek naar het gif van Australische brandnetelbomen in het noordoosten van het land toont aan dat deze gevaarlijke planten onoplettende wandelaars kunnen injecteren met chemische stoffen die lijken op die in de stekels van schorpioenen, spinnen en kegelslakken.
De brandnetelbomen
In de bossen van oostelijk Australië staat een handvol brandnetelbomen die zo schadelijk zijn dat er borden worden geplaatst op plaatsen waar mensen door hun habitat heen lopen. Deze bomen worden gympie-gympie genoemd in de taal van het inheemse Gubbi Gubbi-volk, en Dendrocnide in botanisch Latijn (wat “boomklever” betekent).
Een toevallige aanraking van een blad of stam op een arm is voldoende om uren- of dagenlang pijn te veroorzaken. In sommige gevallen houdt de pijn wekenlang aan.
Een steek van een gympie-gympie voelt aanvankelijk aan als vuur, maar zakt dan in de loop van uren af tot een pijn die doet denken aan een lichaamsdeel dat klem zit tussen een dichtgeslagen autodeur. Een laatste stadium, dat allodynie wordt genoemd, treedt dagen na de steek op, waarbij onschuldige activiteiten zoals douchen of krabben aan de aangetaste huid de pijn weer doen oplaaien.
Hoe veroorzaken de bomen pijn?
Pijn is een belangrijke gewaarwording die ons vertelt dat er iets mis is of dat iets vermeden moet worden. Pijn veroorzaakt ook een enorme gezondheidslast met ernstige gevolgen voor onze kwaliteit van leven en de economie, waaronder secundaire problemen zoals de opiatencrisis.
Om pijn beter te kunnen bestrijden, moeten we het beter begrijpen. Eén manier is het bestuderen van nieuwe manieren om pijn te induceren, en dat is wat wij wilden bereiken door het pijnveroorzakende mechanisme van gympie-gympie-bomen beter te definiëren.
Hoe veroorzaken deze planten pijn? Het blijkt dat ze nogal wat gemeen hebben met giftige dieren.
De plant is bedekt met holle, naaldachtige haartjes, trichomen genaamd, die met silica zijn versterkt. Net als gewone brandnetels bevatten deze haren schadelijke stoffen, maar ze moeten iets extra’s hebben om zoveel pijn te veroorzaken.
Eerder onderzoek naar de soort Dendrocnide moroides identificeerde een molecuul genaamd moroidine, waarvan werd gedacht dat het pijn veroorzaakte. Bij experimenten waarbij menselijke proefpersonen met moroidine werden geïnjecteerd, slaagde men er echter niet in de duidelijke reeks pijnlijke symptomen op te wekken die bij een volledige Dendrocnidesteken worden waargenomen.
Op zoek naar de boosdoeners
We hebben de brandharen van de reusachtige Australische stekende boom, Dendrocnide excelsa, bestudeerd. Door extracten van deze haren te nemen, scheidden we ze in hun afzonderlijke moleculaire bestanddelen.
Een van deze geïsoleerde fracties veroorzaakte aanzienlijke pijnreacties wanneer deze in het laboratorium werd getest. We ontdekten dat het een kleine familie van verwante mini-proteïnen bevat die aanzienlijk groter in omvang zijn dan moroidin.
We analyseerden vervolgens alle genen die tot expressie komen in de gympie-gympiebladeren om te bepalen welk gen iets zou kunnen produceren met de omvang en vingerafdruk van ons mysterieuze toxine. Het resultaat was dat we moleculen ontdekten die de pijnreactie kunnen reproduceren, zelfs als ze synthetisch in het lab worden gemaakt en geïsoleerd worden toegepast.
Het genoom van Dendrocnide moroides bleek ook soortgelijke genen te bevatten die coderen voor toxinen. Deze Dendrocnide-peptiden zijn gympietiden gedoopt.
Gympietiden
De gympietiden hebben een ingewikkelde driedimensionale structuur die stabiel wordt gehouden door een netwerk van schakels binnen het molecuul die een geknoopte vorm vormen. Hierdoor is het zeer stabiel, wat betekent dat het waarschijnlijk lange tijd intact blijft als het eenmaal in het slachtoffer is geïnjecteerd. Er zijn inderdaad anekdotes die melden dat zelfs 100 jaar oude exemplaren van stekende bomen die in herbaria worden bewaard, nog steeds pijnlijke steken kunnen veroorzaken.
Wat verrassend was, was dat de 3D-structuur van deze gympietiden lijkt op de vorm van goed bestudeerde toxinen van spinnen- en kegelslakkengif. Dit was een belangrijke aanwijzing voor de werking van deze toxinen, omdat bekend is dat soortgelijke gifpeptiden van schorpioenen, spinnen en kegelslakken inwerken op ionenkanalen in zenuwcellen, die belangrijke mediatoren van pijn zijn.
Specifiek interfereren de gympietiden met een belangrijke route voor het geleiden van pijnsignalen in het lichaam, de zogenaamde spanningsafhankelijke natriumionenkanalen. In een cel die door gympietiden is aangetast, sluiten deze kanalen zich niet normaal, waardoor de cel moeite heeft het pijnsignaal uit te schakelen.
Beter begrip kan nieuwe behandelingen opleveren
De Australische stekende bomen maken een neurotoxine dat lijkt op een gif, zowel in zijn moleculaire structuur als in de manier waarop het bij injectie wordt ingezet. Als we deze twee dingen samen nemen, lijkt het erop dat twee zeer verschillende evolutionaire processen op vergelijkbare oplossingen zijn uitgekomen om het eindspel van het toebrengen van pijn te winnen.
In dit proces heeft de evolutie ons ook een instrument van onschatbare waarde gegeven om te begrijpen hoe pijn wordt veroorzaakt. De precieze mechanismen waardoor gympietiden ionenkanalen en zenuwcellen beïnvloeden, worden momenteel onderzocht. Tijdens dat onderzoek kunnen we wellicht nieuwe wegen vinden om pijn onder controle te krijgen.
-
Irina Vetter is een Australian Research Council future fellow aan The University of Queensland, Edward Kalani Gilding is een postdoctorale onderzoeksmedewerker aan de University of Queensland, en Thomas Durek is een senior onderzoeksmedewerker aan de University of Queensland
-
Dit artikel verscheen eerst op the Conversation. U kunt het oorspronkelijke artikel hier lezen