Australia jest domem dla niektórych z najbardziej niebezpiecznych dzikich zwierząt na świecie. Każdy, kto spędza czas na świeżym powietrzu we wschodniej Australii, musi uważać na węże, pająki, ptaki, krokodyle, śmiertelnie niebezpieczne ślimaki i maleńkie toksyczne meduzy.
Ale nie każdy wie, że nawet niektóre drzewa mogą cię dopaść.
Nasze badania nad jadem australijskich drzew kłujących, występujących w północno-wschodniej części kraju, wykazały, że te niebezpieczne rośliny mogą wstrzyknąć nieostrożnym wędrowcom substancje chemiczne podobne do tych, które znajdują się w żądłach skorpionów, pająków i ślimaków stożkowych.
Drzewa kłujące
W lasach wschodniej Australii występuje garstka pokrzyw tak szkodliwych, że powszechnie umieszcza się znaki w miejscach, gdzie ludzie depczą ich siedliska. Drzewa te nazywane są gympie-gympie w języku rdzennych mieszkańców Gubbi Gubbi, a Dendrocnide w łacinie botanicznej (co oznacza „żądło drzewa”).
Przypadkowe, trwające ułamek sekundy dotknięcie ramienia przez liść lub łodygę wystarczy, aby wywołać ból na wiele godzin lub dni. W niektórych przypadkach ból może trwać nawet kilka tygodni.
Użądlenie przez sikorę-gympę jest początkowo jak ogień, a następnie ustępuje po kilku godzinach i przypomina ból przypominający ból części ciała, która została dotknięta przez przytrzaśnięte drzwi samochodu. Ostatni etap zwany allodynią występuje przez kilka dni po użądleniu, podczas których niewinne czynności, takie jak branie prysznica lub drapanie dotkniętej skóry, ponownie wywołują ból.
Jak drzewa powodują ból?
Ból jest ważnym doznaniem, które mówi nam, że coś jest nie tak lub że czegoś należy unikać. Ból stanowi również ogromne obciążenie zdrowotne, które ma poważny wpływ na jakość naszego życia i gospodarkę, w tym na kwestie drugorzędne, takie jak kryzys opiatowy.
Aby lepiej kontrolować ból, musimy go lepiej zrozumieć. Jednym ze sposobów jest badanie nowych sposobów wywoływania bólu, co chcieliśmy osiągnąć poprzez lepsze zdefiniowanie mechanizmu wywoływania bólu przez drzewa gympie-gympie.
Jak te rośliny wywołują ból? Okazuje się, że mają one wiele wspólnego z jadowitymi zwierzętami.
Roślina pokryta jest pustymi w środku, igiełkowatymi włoskami zwanymi trichomami, które są wzmocnione krzemionką. Podobnie jak zwykłe pokrzywy, włoski te zawierają szkodliwe substancje, ale muszą mieć coś dodatkowego, aby dostarczyć tyle bólu.
Wcześniejsze badania nad gatunkiem Dendrocnide moroides zidentyfikowały cząsteczkę zwaną moroidyną, która, jak sądzono, powoduje ból. Jednak eksperymenty polegające na wstrzykiwaniu moroidyny ludziom nie zdołały wywołać wyraźnej serii bolesnych objawów obserwowanych przy pełnym użądleniu przez Dendrocnide.
Znalezienie winowajców
Badaliśmy włoski żądłowe z olbrzymiego australijskiego drzewa żądłowego, Dendrocnide excelsa. Biorąc ekstrakty z tych włosków, rozdzieliliśmy je na poszczególne składniki molekularne.
Jedna z tych wyizolowanych frakcji wywołała znaczące reakcje bólowe podczas testów w laboratorium. Stwierdziliśmy, że zawiera ona niewielką rodzinę pokrewnych minibiałek o rozmiarze znacznie większym niż moroidyna.
Potem przeanalizowaliśmy wszystkie geny wyrażone w liściach gympie-gympie, aby ustalić, który gen mógłby wyprodukować coś o rozmiarze i odcisku palca naszej tajemniczej toksyny. W rezultacie odkryliśmy cząsteczki, które mogą odtworzyć reakcję na ból nawet wtedy, gdy zostaną wytworzone syntetycznie w laboratorium i zastosowane w izolacji.
Okazało się, że genom Dendrocnide moroides również zawiera podobne geny kodujące toksyny. Te peptydy Dendrocnide zostały ochrzczone mianem gympietydów.
Gympietydy
Gympietydy mają skomplikowaną trójwymiarową strukturę, która jest utrzymywana w stabilnym stanie przez sieć połączeń wewnątrz cząsteczki, które tworzą kształt węzła. To czyni je bardzo stabilnymi, co oznacza, że prawdopodobnie pozostaną nienaruszone przez długi czas po wstrzyknięciu ich ofierze. Faktycznie, istnieją anegdoty donoszące, że nawet 100-letnie okazy drzew kłujących trzymane w zielnikach mogą nadal wytwarzać bolesne żądła.
Zaskakujące było to, że struktura 3D tych gympietidów przypomina kształt dobrze zbadanych toksyn z jadu pająków i ślimaków stożkowych. Była to duża wskazówka, jak te toksyny mogą działać, ponieważ wiadomo, że podobne peptydy z jadu skorpionów, pająków i ślimaków stożkowatych wpływają na struktury zwane kanałami jonowymi w komórkach nerwowych, które są ważnymi mediatorami bólu.
Specyficznie, gympietydy zakłócają ważną ścieżkę przewodzenia sygnałów bólowych w organizmie, zwaną napięciowymi sodowymi kanałami jonowymi. W komórce dotkniętej gympietidami, kanały te nie zamykają się normalnie, co oznacza, że komórka ma trudności z wyłączeniem sygnału bólu.
Bliższe zrozumienie może przynieść nowe metody leczenia
Australijskie drzewa kłujące wytwarzają neurotoksynę, która przypomina jad zarówno w swojej strukturze molekularnej, jak i w sposobie, w jaki jest ona wstrzykiwana. Biorąc pod uwagę te dwie rzeczy razem, wydaje się, że dwa bardzo różne procesy ewolucyjne zbiegły się na podobnych rozwiązaniach, aby wygrać ostateczną rozgrywkę w zadawaniu bólu.
W tym procesie ewolucja przedstawiła nam również bezcenne narzędzie do zrozumienia, jak ból jest powodowany. Dokładne mechanizmy, dzięki którym gympietidy wpływają na kanały jonowe i komórki nerwowe są obecnie przedmiotem badań. W trakcie tych badań możemy znaleźć nowe sposoby na opanowanie bólu.
-
Irina Vetter jest przyszłym stypendystą Australian Research Council na Uniwersytecie Queensland, Edward Kalani Gilding jest pracownikiem naukowym na Uniwersytecie Queensland, a Thomas Durek jest starszym pracownikiem naukowym na Uniwersytecie Queensland
-
Ten artykuł pojawił się po raz pierwszy w The Conversation. Oryginalny artykuł można przeczytać tutaj