Batrachotoxin ( BTX ) یک آلکالوئید استروئیدی قلبی سمی و عصبی بسیار قوی است که در گونه های خاصی از سوسک ها، پرندگان و قورباغه ها یافت می شود. این نام از کلمه یونانی βάτραχος ، bátrachos ، قورباغه گرفته شده است. [3] ترکیبات شیمیایی مرتبط با ساختار اغلب در مجموع به عنوان batrachotoxins نامیده می شوند. در برخی قورباغه ها، این آلکالوئید بیشتر روی پوست وجود دارد. از جمله قورباغه هایی هستند که برای مسموم کردن دارت استفاده می شوند . باتراکوتوکسین به کانال‌های سدیم سلول‌های عصبی متصل می‌شود و به‌طور برگشت‌ناپذیری آنها را باز می‌کند و از بسته شدن آنها جلوگیری می‌کند و منجر به فلج و مرگ می‌شود. هیچ پادزهری شناخته شده نیست.
Batrachotoxin توسط Fritz Marki و Bernhard Witkop در مؤسسه ملی آرتریت و بیماری‌های متابولیک، مؤسسه ملی بهداشت، Bethesda، Maryland ، USA کشف شد . Märki و Witkop کسر آلکالوئیدهای سمی قوی را از دو رنگ فیلوباتس جدا کردند و خواص شیمیایی آن را تعیین کردند. آنها چهار آلکالوئید استروئیدی سمی عمده شامل باتراکوتوکسین، ایزوباتراکوتوکسین، پسودوباتراکوتوکسین و باتراکوتوکسین A را جدا کردند . . با این حال، تاکاشی توکویاما، که بعداً به تحقیقات پیوست، یکی از ترکیبات همزاد ، باتراکوتوکسین A، را به یک مشتق کریستالی تبدیل کرد و ساختار استروئیدی منحصر به فرد آن با تکنیک‌های پراش اشعه ایکس حل شد (1968). [6] هنگامی که طیف جرمی و طیف NMR باتراکوتوکسین و مشتقات باتراکوتوکسین A مقایسه شد، متوجه شد که این دو دارای ساختار استروئیدی یکسانی هستند و باتراکوتوکسین باتراکوتوکسین A با یک بخش پیرول اضافی متصل است. در واقع ، باتراکوتوکسین توانست تا حدی با استفاده از هیدروکسید سدیم به ماده ای با TLC و واکنش های رنگی مشابه با باتراکوتوکسین A هیدرولیز شود . [5] Batrachotoxinin A توسط Michio Kurosu، Lawrence R. Marcin، Timothy J. Grinsteiner و Yoshito Kishi در سال 1998 سنتز شد.
با توجه به آزمایشات روی جوندگان ، باتراکوتوکسین یکی از قوی ترین آلکالوئیدهای شناخته شده است: LD 50 داخل وریدی آن در موش 2 تا 3 میکروگرم بر کیلوگرم است. [8] در همین حال، مشتق آن، باتراکوتوکسین A، دارای سمیت بسیار کمتری با LD 50 1000 میکروگرم بر کیلوگرم است. [5]
این سم از طریق ترشحات بی رنگ یا شیری از غدد واقع در پشت و پشت گوش قورباغه هایی از جنس Phyllobates آزاد می شود . هنگامی که یکی از این قورباغه ها تحریک می شود، احساس خطر می کند یا درد دارد، سم به صورت انعکاسی از طریق چندین کانال آزاد می شود.
فعالیت Batrachotoxin وابسته به دما است، با حداکثر فعالیت در 37 درجه سانتیگراد (99 درجه فارنهایت). همچنین فعالیت آن در pH قلیایی سریع‌تر است ، که نشان می‌دهد شکل بدون پروتون ممکن است فعال‌تر باشد.
به عنوان یک نوروتوکسین ، بر سیستم عصبی تأثیر می گذارد . عملکرد عصبی به دپلاریزاسیون فیبرهای عصبی و عضلانی به دلیل افزایش نفوذپذیری یون سدیم غشای سلولی تحریک پذیر بستگی دارد . سموم محلول در چربی مانند باتراکوتوکسین مستقیماً بر روی کانال‌های یونی سدیم [9] که در تولید پتانسیل عمل دخیل هستند و با اصلاح انتخاب‌پذیری یون و حساسیت ولتاژ آنها عمل می‌کنند. Batrachotoxin به طور برگشت ناپذیری به کانال های Na + متصل می شود که باعث تغییر ساختاری در کانال ها می شود که باعث می شود کانال های سدیم باز بمانند. Batrachotoxin نه تنها کانال های سدیم دارای ولتاژ را باز نگه می دارد، بلکه رسانایی تک کانالی را نیز کاهش می دهد. به عبارت دیگر، سم به کانال سدیم متصل می شود و غشاء را به روش "همه یا هیچ" در برابر یون های سدیم نفوذپذیر نگه می دارد. [10]
این تأثیر مستقیم بر سیستم عصبی محیطی (PNS) دارد. Batrachotoxin در PNS باعث افزایش نفوذپذیری (انتخابی و غیرقابل برگشت) غشای سلولی در حال استراحت به یون‌های سدیم می‌شود، بدون اینکه غلظت پتاسیم یا کلسیم تغییر کند . این هجوم سدیم غشای سلولی که قبلاً قطبی شده بود را دپولاریزه می کند. Batrachotoxin همچنین انتخاب یونی کانال یونی را با افزایش نفوذپذیری کانال به سمت کاتیون های بزرگتر تغییر می دهد. کانال های سدیم حساس به ولتاژ به طور مداوم در پتانسیل غشاء استراحت فعال می شوند. باتراکوتوکسین با مسدود کردن دائمی انتقال سیگنال عصبی به ماهیچه ها باعث مرگ می شود.
باتراکوتوکسین به کانال های سدیم سلول های عصبی متصل شده و به طور غیرقابل برگشتی آنها را باز می کند و از بسته شدن آنها جلوگیری می کند. نورون دیگر نمی تواند سیگنال ارسال کند و این منجر به فلج می شود. علاوه بر این، هجوم گسترده یون‌های سدیم تغییرات اسمزی در اعصاب و ماهیچه‌ها ایجاد می‌کند که باعث تغییرات ساختاری می‌شود. پیشنهاد شده است که ممکن است روی سیستم عصبی مرکزی نیز تأثیر داشته باشد ، اگرچه در حال حاضر مشخص نیست که چنین تأثیری ممکن است چه باشد.
باتراکوتوکسین اگرچه به طور کلی به عنوان یک نوروتوکسین طبقه بندی می شود ، اما اثرات مشخصی بر عضلات قلب دارد و اثرات آن از طریق فعال شدن کانال سدیم انجام می شود. هدایت قلب مختل می شود که منجر به آریتمی ، اکستراسیستول ، فیبریلاسیون بطنی و تغییرات دیگری می شود که منجر به آسیستول و ایست قلبی می شود . باتراکوتوکسین باعث آزادسازی گسترده استیل کولین در اعصاب و عضلات و تخریب وزیکول های سیناپسی می شود. [ نیازمند منبع ] باتراکوتوکسین R سمی تر از باتراکوتوکسین A مرتبط است. [ نیازمند منبع ]
در حال حاضر هیچ پادزهر موثری برای درمان مسمومیت با باتراکوتوکسین وجود ندارد. [11] وراتریدین ، آکونیتین و گریانوتوکسین - مانند باتراکوتوکسین - سموم محلول در چربی هستند که به طور مشابه انتخاب یونی کانال های سدیم را تغییر می دهند، که نشان دهنده یک محل عمل مشترک است. با توجه به این شباهت ها، درمان مسمومیت با باتراکوتوکسین به بهترین وجه ممکن است پس از درمان یکی از این سموم یا بر اساس آن مدل شود. درمان همچنین ممکن است پس از آن برای دیژیتال که اثرات قلبی مشابهی ایجاد می کند، مدل شود .
در حالی که این یک پادزهر نیست، دپولاریزاسیون غشاء را می توان با تترودوتوکسین [11] (از ماهی پف دار )، که یک مهارکننده غیررقابتی است ، یا ساکسی توکسین (" کشند قرمز ") جلوگیری یا معکوس کرد. [ نیاز به نقل از ] این هر دو دارای اثرات متضاد با باتراکوتوکسین بر شار سدیم هستند. برخی از بی حس کننده ها ممکن است به عنوان آنتاگونیست گیرنده برای عملکرد این سم آلکالوئید عمل کنند ، در حالی که سایر بی حس کننده های موضعی با عمل به عنوان آنتاگونیست های رقابتی ، عملکرد آن را به طور کامل مسدود می کنند .
Batrachotoxin در چهار گونه سوسک پاپوآ، همه در جنس Choresine در خانواده Melyridae یافت شده است . C. pulchra ، C. semiopaca ، C. rugiceps و C. sp. الف. [12] [13]
چندین گونه از پرندگان بومی گینه نو این سم را در پوست و روی پرهای خود دارند: افریت با کلاه آبی ( Ifrita kowaldi )، برفک کوچک (با نام مستعار برفک روفوس، Colluricincla megarhyncha )، و گونه های پیتوهویی زیر : کلاهدار . پیتوهویی ( Pitohui dichrous ، سمی‌ترین پرنده)، پیتوهویی تاج‌دار ( Ornorectes cristatus )، پیتوهویی سیاه ( Melanorectes nigrescens )، [14] پیتوهویی زنگ‌زده ( Peudorectes ferrugineus )، و متغیر pitohui که اکنون به تقسیم می‌شود ، [15] سه گونه: متغیر شمالی pitohui ( Pithoui kirhocephalus )، Raja Ampat pitohui ( P. cerviniventris )، و متغیر جنوبی pitohui ( P. uropygialis ). [16]
در حالی که هدف از سمیت در این پرندگان مشخص نیست، وجود باتراکوتوکسین ها در این گونه ها نمونه ای از تکامل همگرا است . اعتقاد بر این است که این پرندگان سم را از حشرات حاوی باتراکوتوکسین که می خورند به دست می آورند و سپس آن را از طریق پوست ترشح می کنند. [13] [17]
Batrachotoxin همچنین در تمام گونه های توصیف شده قورباغه دارت سمی Phyllobates از نیکاراگوئه تا کلمبیا ، از جمله قورباغه سمی طلایی ( Phyllobates terribilis )، قورباغه سمی پا سیاه ( P. bicolor )، قورباغه سمی دوست داشتنی ( P. lugubris ) یافت شده است. قورباغه سمی Golfodulcean ( P. vittatus )، و قورباغه سمی Kokoe ( P. aurotaenia ). [12] [13] [18] قورباغه سمی Kokoe قبلاً شامل P. sp. aff. aurotaenia ، اکنون به عنوان متمایز شناخته شده است. هر شش گونه این قورباغه از خانواده قورباغه دارت سمی هستند .
قورباغه ها خودشان باتراکوتوکسین تولید نمی کنند. درست مانند پرندگان، اعتقاد بر این است که این قورباغه ها سم را از حشرات حاوی باتراکوتوکسین که می خورند به دست می آورند و سپس آن را از طریق پوست ترشح می کنند. [13] سوسک‌هایی در جنس Choresine در کلمبیا یافت نمی‌شوند، اما تصور می‌شود که قورباغه‌ها ممکن است سم را از سوسک‌های جنس‌های دیگر در همان خانواده ( Melyridae ) دریافت کنند، که تعدادی از آنها در کلمبیا یافت می‌شوند. [12]
قورباغه هایی که در اسارت پرورش می یابند باتراکوتوکسین تولید نمی کنند و بنابراین ممکن است بدون خطر با آنها رفتار شود. با این حال، این مقدار باتراکوتوکسین موجود برای تحقیق را محدود می کند زیرا 10000 قورباغه تنها 180 میلی گرم باتراکوتوکسین تولید کردند. [19] از آنجایی که این قورباغه ها در معرض خطر هستند، برداشت آنها غیراخلاقی است . مطالعات بیوسنتزی نیز با سرعت آهسته سنتز باتراکوتوکسین به چالش کشیده می شود. [5]
زیستگاه بومی قورباغه های دارت سمی مناطق گرم آمریکای مرکزی و جنوبی است که رطوبت آن حدود 80 درصد است.
رایج ترین استفاده از این سم توسط Noanamá Chocó و Emberá Chocó از Embera-Wounaan در غرب کلمبیا برای مسموم کردن دارت های تفنگ دمنده برای استفاده در شکار است.
دارت های سمی توسط Chocó تهیه می شود و ابتدا قورباغه ای را روی یک تکه چوب می کوبند. [20] طبق برخی روایت‌ها، قورباغه را روی آتش نگه می‌دارند یا زنده می‌کنند تا زمانی که از درد گریه کند. هنگامی که پوست قورباغه شروع به تاول زدن می کند، حباب های سمی ایجاد می شود. نوک دارت با لمس آنها به سم آماده می شود یا می توان سم را در ظرفی گرفت و اجازه داد تا تخمیر شود. دارت های سمی ساخته شده از باتراکوتوکسین تازه یا تخمیر شده برای رها کردن میمون ها و پرندگان در مسیر آنها کافی است. فلج عصبی تقریباً آنی است. گزارش های دیگر می گویند که یک چوب siurukida ("دندان بامبو") از طریق دهان قورباغه گذاشته می شود و از طریق یکی از پاهای عقبی آن خارج می شود. این باعث می شود که قورباغه به شدت روی پشت خود عرق کند که با کف سفید پوشیده می شود. دارت ها در کف غوطه ور یا غلت می شوند و قدرت کشنده خود را تا یک سال حفظ می کنند.