Waardoor gifkikkers eigen gif overleven

Biologie

Pijlgifkikker D. sylvaticus Foto Rebecca Tarvin

Als jouw eigen huid een van de krachtigste gifstoffen ter wereld maakt, hoe zorg je dan dat je zelf niet doodgaat aan je eigen gif? Die vraag is van levensbelang voor de pijlgifkikkers van Latijns-Amerika. Drie geslachten van deze kikkers, die alle drie de beruchte gifstof epibatidine maken, hebben weerstand ontwikkeld tegen hun eigen gif door een handvol genetische veranderingen. Die zijn op zichzelf simpel, maar vormen samen een vernuftig systeem. Amerikaanse wetenschappers schrijven dat deze week in Science.

Veel dieren, zoals slangen, kogelvissen en gifkikkers, produceren gifstoffen. Ze hebben verschillende mechanismen om te voorkomen dat ze zichzelf vergiftigen. Slangengif is bijvoorbeeld alleen giftig als het in de bloedbaan komt. De slang heeft daar geen last van als hij een met gif gedode prooi opeet, want zijn maagsappen breken het gif af.

Sommige soorten pijlgifkikker hebben een ander type bescherming. Hun cellen hebben iets andere ionkanalen dan andere dieren, waardoor hun eigen gif hun cellen niet in kan. Maar bij pijlgifkikkers die epibatidine produceren was het tot nu toe een raadsel waarom ze er zelf geen last van hebben.

Eén pijlgifkikker heeft genoeg epibatidine in zijn huid om tien tot twintig mensen te doden. Inheemse volken van Latijns Amerika gebruiken deze gifstof van oudsher om hun pijlpunten in te dopen – vandaar de naam van de kikkers. Epibatidine is zo giftig doordat het hecht aan een belangrijke receptor op zenuwcellen.

Een receptor is een eiwit op een celmembraan dat signalen doorgeeft van buiten naar binnen, als er een boodschappermolecuul aan bindt. Epibatidine blokkeert de receptor waar normaal acetylcholine aan bindt. Dat is een signaalstof (een neurotransmitter) die een rol speelt bij veel zenuwprocessen. Epibatidine veroorzaakt daardoor hevige stuiptrekkingen en beroertes – en al snel de dood.

Vaak berust resistentie tegen gif op een kleine verandering van zo’n receptor, waardoor de gifstof er niet meer ‘op past’. Maar verander je de acetylcholinereceptor, dan past acetylcholine er ook niet meer op. En dan kunnen zenuwcellen niet meer met elkaar communiceren. De drie groepen pijlgifkikkers die epibatidine produceren, schrijven de Amerikanen in Science, zijn daaraan ontsnapt.

Bij de drie groepen pijlgifkikkers is er op de plek waar acetylcholine aan de receptor bindt, één aminozuur – een bouwsteen van het eiwit – veranderd door een genetische mutatie. Daardoor past epibatidine niet meer op de receptor. Met alleen die ene mutatie past acetylcholine overigens ook niet, maar doordat er elders op de receptor een andere mutatie is opgetreden, past acetylcholine weer wel. Het is een wonderlijk verschijnsel dat nog niet zo lang bekend is: dat een mutatie een eindje verderop in het eiwit invloed heeft op de werking van de bindingsplek zelf.

Hoe het precies werkt – en waarom acetylcholine wél, en epibatidine niet op de dubbel gewijzigde receptor past – weten de Amerikanen niet. Ze weten dát het zo is door een combinatie van genetische analyse, computermodellen en proeven waarbij ze menselijke receptoren inbouwden in kikkercellen en andersom.

Deze kennis is belangrijk, aldus de Amerikanen, omdat epibatidine mogelijk een goed alternatief kan zijn van morfine. Maar dan moet er wel iets worden gevonden tegen de extreme giftigheid van epibatidine.