Kurbağalar Kendilerini Neden Zehirlemiyor?

Neden zehirli kurbağalar kendilerini zehirlemiyor?

Görünümlerinin sizi aldatmasına izin vermeyin: Neşeli renkler ve yumuşacık olan devasa büyüklükteki zehirli kurbağalar, bildiğimiz en güçlü nörotoksinleri barındırıyor. Bilim insanları ilgili kafa çizicisini çözmek için bir adım daha yakın – bu kurbağalar kendilerini nasıl zehirlemekten koruyorlar? Ve cevabın, acı ve bağımlılığa karşı mücadele için potansiyel sonuçları vardır.

Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki bilim adamları tarafından yürütülen yeni araştırma, bu soruyu, toksin epibatidin kullanan zehirli kurbağaların bir alt grubu için yanıtlıyor. Avcıların onları yememelerini önlemek için kurbağalar, bir hayvanın sinir sisteminde reseptörlere bağlanan ve hipertansiyon, nöbetler ve hatta ölüme neden olabilen toksini kullanırlar. Araştırmacılar, kurbağalardaki küçük bir genetik mutasyonun – reseptörü oluşturan 2.500 amino asitten sadece üçünde bir değişiklik – toksinin kurbağaların kendi reseptörleri üzerinde hareket etmesini önleyerek öldürücü etkilerine karşı dirençli olduklarını keşfetti. Sadece bu değil, aynı kurbağalar, bu kurbağaların evriminde üç kez bağımsız olarak ortaya çıktı.

Zehirli olmak hayatta kalmak için iyi olabilir – size yırtıcıların üzerinde bir avantaj sağlar. Neden daha fazla hayvan zehirli değildir? Çalışmamız, organizmaların kendi toksinlerine karşı direnci geliştirip geliştiremeyeceğinin büyük bir kısıtlama olduğunu gösteriyor. Evrimin, üç farklı kurbağa grubunda aynı tam değişime uğradığını gördük ve bu benim için oldukça güzel. Fantatmal zehir kurbağa (Epipedobates tricolor) sığ akan su ile küçük kayalık akarsularda yaşar. Cotopaxi Eyaleti, Ekvador’da Ağustos 2017’de David Cannatella tarafından fotoğraflandı. David Cannatella / Texas Texas Üniversitesi üzerinden görüntü. Her biri düzinelerce farklı nörotoksin kullanan yüzlerce tür zehirli kurbağa vardır. Tarvin, bu kurbağaların toksik direnci nasıl geliştirdiğini inceleyen Profesör David Cannatella ve İntegratif Biyoloji Bölümü’nde Harold Zakon’un da aralarında bulunduğu bir araştırmacı ekibinin bir parçasıdır.

On yıllar boyunca, tıp araştırmacıları bu toksin, epibatidin’in de güçlü bir bağımlılık yapıcı olmayan ağrı kesici olarak hareket edebileceğini biliyorlar. Diğer yan etkiler nedeniyle dışlanmadan önce uyuşturucu geliştirme sürecinde insan denemelerine ilerlemiş olanlar da dahil olmak üzere kurbağaların toksinlerinden yüzlerce bileşik geliştirdiler. Yeni araştırma – bazı zehirli kurbağaların, beynin ihtiyacı olan reseptörleri kullanırken toksini bloke etmek için nasıl evrimleştiğini göstermesi – bilim adamlarına, yeni ağrı kesiciler veya nikotin bağımlılığıyla savaşmak için uyuşturucular gibi ilaçların tasarlanmasında yardımcı olabilecek epibatidin hakkında bilgi verir. Bu reseptörlerin ilaçlarla nasıl etkileşime girdiğine dair her türlü bilgiyi, daha iyi ilaçların tasarlanması için bir adım daha yaklaştırırız. Bir reseptör, dış ve iç arasındaki sinyalleri ileten hücrelerin dışındaki bir protein türüdür. Reseptörler, doğru anahtarla karşılaşana kadar kapalı duran kilitler gibidir. Doğru şekle sahip bir molekül ortaya çıktığında, reseptör aktive olur ve bir sinyal gönderir.

Tarvin ve çalışma arkadaşlarının çalıştığı reseptör, öğrenme ve hafıza gibi süreçlere sinyaller gönderir, ancak genellikle yalnızca sağlıklı “anahtar” olan bir bileşik onunla temas ettiğinde. Ne yazık ki, kurbağaların yırtıcıları için, zehirli epibatidin de, reseptör üzerinde güçlü bir iskelet anahtarı gibi çalışır, hücreleri ele geçirir ve tehlikeli bir faaliyet patlaması tetikler.

Araştırmacılar, epibatidin kullanan zehirli kurbağaların, toksinin reseptörlerine bağlanmasını önleyen küçük bir genetik mutasyon geliştirdiğini bulmuşlardır. Bir bakıma, iskelet anahtarını engellediler. Ayrıca, ikinci bir genetik mutasyon sayesinde, gerçek anahtarın çalışmaya devam etmesinin bir yolunu korumak için evrimle yönetmişlerdir. Kurbağalarda, kilit daha seçici oldu.

Kilidin değişme şekli, insan hastalığına karşı savaşmak için uyuşturucu geliştirmenin yeni yollarını ortaya koymaktadır.

Araştırmacılar, kurbağaların sağlıklı işleyişi değiştirmeden toksinlere direnç gösteren değişikliklerin, reseptöre yakın, ama epibatidin’e dokunmadığı kısımlarda meydana geldiğini bulmuşlardır. Ziyaret eden bir öğrenci olan Borghese ve Wiebke Sachs, kağıt ve dolandırıcılık merkezi müdürü Adron Harris’in laboratuarında insan ve kurbağa reseptörlerinin işlevini incelediler. Borghese şöyle dedi:

En heyecan verici şey, bu amino asitlerin, ilaçla doğrudan temas halinde olmadıkları bile, reseptör fonksiyonunu bu şekilde hassas bir şekilde değiştirebilmeleridir. Bu küçük değişimlerin reseptörün davranışını nasıl etkilediğini anlamak, bilim adamları tarafından hareket eden uyuşturucuları tasarlamaya çalışarak sömürülebilir. İnsanlarda aynı reseptör aynı zamanda ağrı ve nikotin bağımlılığında da yer aldığından, bu çalışma ağrıyı engellemek veya sigara içenlerin alışkanlığı kırmasına yardımcı olmak için yeni ilaçlar geliştirmenin yollarını önerebilir.

Ekvator’da ortaklarla birlikte çalışan araştırmacılar, epibatidin kullananlar da dahil olmak üzere 28 tür kurbağanın doku örneklerini topladılar, diğer toksinleri kullananlar ve toksik olmayanlar. St. John’s Üniversitesi’nden Tarvin ve meslektaşları Juan C. Santos ve Stanford Üniversitesi’nden Lauren O’Connell, her bir türdeki belirli reseptörleri kodlayan geni sıraladı. Daha sonra, genin nasıl geliştiğini temsil eden bir evrim ağacı oluşturmak için ince farkları karşılaştırdı.

Bu, Cannatella, Zakon, Tarvin ve Santos’un kurbağaların kendilerini zehirlemesini önleyen mekanizmaların keşfedilmesinde rol oynadığı ikinci zamanı temsil ediyor. Ocak 2016’da ekip, farklı bir nörotoksin, batrakhotoxin’den başka bir zehirli kurbağa alt grubunu koruyabileceğini önerdiği bir dizi genetik mutasyon tespit etti.