Shutterstock Muchas ranas y salamandras de colores brillantes tienen suficientes toxinas en la piel para matar a varias personas. ¿Cómo so...
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Muchas ranas y salamandras de colores brillantes tienen suficientes toxinas en la piel para matar a varias personas. ¿Cómo sobreviven a sus propias armas nocivas?
29 abril 2023.- Desde las ranas venenosas de colores brillantes de América del Sur hasta los tritones de aspecto prehistórico del oeste de los EE.UU., el mundo está lleno de anfibios hermosos y mortales. Solo unos pocos miligramos de tetrodotoxina del tritón pueden ser fatales, y algunas de esas ranas producen los venenos más potentes que se encuentran en la naturaleza.
En los últimos años, los científicos se han interesado cada vez más en estudiar los anfibios venenosos y están comenzando a desentrañar los misterios que encierran. ¿Cómo es posible, por ejemplo, que los animales no se envenenen junto con sus posibles depredadores? ¿Y cómo exactamente los que ingieren toxinas para volverse venenosos mueven esas toxinas de sus estómagos a su piel?
Incluso la fuente del veneno a veces no está clara. Mientras que algunos anfibios obtienen sus toxinas de su dieta, y muchos organismos venenosos obtienen las suyas de las bacterias simbióticas que viven en su piel, otros pueden o no producir las toxinas por sí mismos, lo que ha llevado a los científicos a repensar algunas hipótesis clásicas.
Defensas mortales
Durante el largo arco de la evolución, los animales a menudo recurrieron a los venenos como medio de defensa. A diferencia de los venenos, que se inyectan a través de colmillos, aguijones, púas o alguna otra estructura especializada con fines ofensivos o defensivos, los venenos son generalmente toxinas defensivas que produce una criatura que deben ingerirse o absorberse antes de que surtan efecto.
Los anfibios tienden a almacenar sus venenos dentro o sobre su piel, presumiblemente para aumentar la probabilidad de que un depredador potencial sea disuadido o incapacitado antes de que pueda comerlos o herirlos gravemente. Muchas de sus toxinas más poderosas, como la tetrodotoxina, la epibatidina y las bufotoxinas que se encuentran originalmente en los sapos, son venenos que interfieren con las proteínas en las células o imitan las moléculas de señalización clave, lo que altera la función normal.
Los sapos como este sapo de caña exudan una toxina, las manchas blanquecinas visibles aquí, de las glándulas detrás de la cabeza. Cuando los investigadores ordeñan esas glándulas para eliminar la toxina, los sapos activan genes en vías biosintéticas relacionadas con la toxina, lo que sugiere que los sapos producen la toxina por sí mismos. FUENTE: WWW.PQPICTURES.CO.UK / FOTO DE ARCHIVO DE ALAMY
Eso los convierte en disuasivos altamente efectivos contra una amplia gama de depredadores, pero tiene un problema: los animales venenosos también tienen esas proteínas susceptibles, entonces, ¿por qué no se envenenan también?
La epibatidina, por ejemplo, es uno de los venenos más potentes de los más de mil compuestos conocidos de ranas venenosas. Se encuentra en ranas como la rana flecha venenosa de Anthony ( Epipedobates anthonyi ), una criatura pequeña y rojiza con manchas y rayas de color blanco verdoso claro. La epibatidina se une y activa un receptor para una molécula de señalización nerviosa llamada acetilcolina. Esta activación incorrecta puede causar convulsiones, parálisis y, finalmente, la muerte.
Se ha planteado la hipótesis de que las ranas, como otros animales venenosos, habían desarrollado resistencia a la toxina. De hecho, los científicos identificaron mutaciones en los genes del receptor de acetilcolina en tres grupos de ranas venenosas, luego compararon la actividad del receptor con y sin la mutación en huevos de rana. Las mutaciones cambiaron ligeramente la forma del receptor, encontró el equipo, lo que hizo que la epibatidina se uniera con menos eficacia y limitara sus efectos neurotóxicos.
Eso ayuda a resolver un problema, pero presenta otro: las mutaciones también evitarían que la acetilcolina se una de manera efectiva, lo que interrumpiría las funciones normales del sistema nervioso. Para abordar este segundo problema, los científicos han descubierto que los tres grupos de ranas tienen cada uno otra mutación en la proteína receptora que nuevamente cambia la forma del receptor de una manera que permite que la acetilcolina se una pero aún rechaza la epibatidina.
En la actualidad, se está investigando cómo evolucionan los animales para hacer frente a las toxinas, utilizando un organismo experimental más manejable, la mosca de la fruta. Con ese fin, se las alimentaron con alimentos que contenían nicotina tóxica a dos linajes de moscas de la fruta que diferían en su capacidad para descomponer la nicotina.
Cuando los investigadores expusieron las larvas de mosca a los depredadores, avispas parásitas que pusieron huevos en las moscas, ambos grupos de moscas fueron protegidos por la nicotina que comieron, lo que eliminó algunos de los parásitos en desarrollo. Pero solo las moscas de metabolismo más rápido se beneficiaron de su dieta tóxica, porque las moscas de metabolismo más lento sufrieron más envenenamiento por nicotina.
Pesca de venenos
Los animales venenosos deben hacer más que sobrevivir a sus propias toxinas; muchos de ellos también necesitan una forma de transportarlos de manera segura en sus cuerpos a donde se necesitan para su protección. Las ranas venenosas, por ejemplo, que obtienen sus toxinas de ciertas hormigas y ácaros en su dieta, deben transportar las toxinas desde el intestino hasta las glándulas de la piel.
Los científicos están tratando de determinar qué genes y proteínas usan las ranas para este envío. Para hacerlo, usan una pequeña molécula que describen como un "anzuelo de pesca" para atrapar proteínas que se unen a una toxina, la pumiliotoxina, que ingieren las ranas. Un extremo del anzuelo tiene forma de pumiliotoxina, mientras que el otro extremo lleva un tinte fluorescente. Cuando una proteína que normalmente se uniría a la pumiliotoxina se adhiere al gancho similar, el tinte permite a los investigadores identificar la proteína.
En su investigación, los científicos encontraron una nueva proteína, similar a una proteína humana que transporta la hormona cortisol . Descubrieron que este nuevo transportador puede unirse a múltiples alcaloides tóxicos diferentes que se encuentran en diferentes especies de ranas venenosas. La similitud sugiere que las ranas han tomado prestado el sistema de transporte de hormonas para transportar también toxinas.
Esto puede explicar por qué las ranas no son envenenadas por las toxinas. Las hormonas a menudo se activan solo cuando una enzima escinde a su portador, liberando la hormona en el torrente sanguíneo. De manera similar, la nueva proteína puede unirse a la pumiliotoxina y otras toxinas y evitar que entren en contacto con partes del sistema nervioso de la rana donde podrían causar daño. Solo cuando las toxinas alcanzan el lugar correcto en la piel de las ranas, la proteína portadora de toxinas las libera en las glándulas de la piel donde pueden almacenarse de manera segura.
En el trabajo futuro, los científicos pretenden comprender exactamente cómo la nueva proteína puede unirse a varios tipos diferentes de toxinas. Otras proteínas de unión a toxinas conocidas, como la saxifilina, tienden a unirse fuertemente a una sola toxina. “Lo especial de esta proteína es que es un poco promiscua en cuanto a a quién se une, pero también hay algo de selectividad allí”, dicen los investigadores.
Volviéndose tóxico
Si bien las ranas venenosas definitivamente obtienen sus toxinas de los alimentos que comen, la fuente de toxinas utilizadas por otros anfibios venenosos no siempre está bien definida. Al parecer, los anfibios, como los sapos, pueden fabricar sus propios venenos.
Para demostrar esto, los científicos vaciaron manualmente las glándulas tóxicas de 10 especies de sapos apretando las glándulas, luego observaron qué genes estaban más activos en esas glándulas 48 horas más tarde . La hipótesis, era que los genes especialmente activos después de que las glándulas se vacían podrían estar involucrados en la síntesis de toxinas.
En el proceso, identificaron varios genes activados que se sabe que forman parte de las vías metabólicas para crear moléculas relacionadas con toxinas en plantas e insectos. Los genes que identificaron, pueden ayudar a orientar a los científicos en la dirección correcta para futuras investigaciones sobre cómo los sapos pueden producir sus toxinas.
Otros anfibios pueden depender de bacterias simbióticas para sus toxinas. En los Estados Unidos, los tritones del género Taricha se encuentran entre los animales más tóxicos del país. Aunque parecen inofensivos, los tritones individuales de algunas poblaciones de estas antiguas criaturas contienen suficiente tetrodotoxina para matar a numerosas personas. Muchos científicos creían que los tritones fabricaban la toxina por sí mismos. Pero cuando un equipo de investigadores recolectó bacterias de la piel de los tritones y luego cultivó cepas microbianas individuales, encontraron cuatro tipos de bacterias productoras de tetrodotoxina en la piel de los anfibios . Eso es similar a otras especies que contienen tetrodotoxina, como los cangrejos y los erizos de mar, donde los científicos están de acuerdo en que las bacterias son la fuente de la toxina.
Los tritones del género Taricha , como este, se encuentran entre los animales más tóxicos de Estados Unidos. Los científicos aún no están seguros de si los tritones producen tetrodotoxina mortal por sí mismos o si la toman prestada de las bacterias que viven en su piel. FUENTE: GEOFFREY GILLER
El origen de la toxina en estos tritones tiene ramificaciones más amplias, porque ellos, y las serpientes de liga que se los comen, son animales del cartel de lo que se ha considerado un ejemplo clásico de coevolución. La capacidad de las serpientes para comer tritones altamente tóxicos es evidencia de que han coevolucionado con los tritones, ganando resistencia para que puedan seguir comiéndolos, piensan algunos científicos. Mientras tanto, los tritones, según la idea, han desarrollado una toxicidad cada vez mayor para tratar de mantener a raya a las serpientes. Los científicos se refieren a este tipo de competencia creciente como una carrera armamentista evolutiva.
Pero para que los tritones participen en tal carrera armamentista, deben tener un control genético de la cantidad de toxina que producen para que la selección natural pueda actuar, según se expone en una reevaluación de la idea de la carrera armamentista en la Revisión anual de biociencias animales de 2022 .
Si la tetrodotoxina en realidad proviene de bacterias en la piel de los tritones, es más difícil ver cómo los tritones podrían aumentar la toxicidad. Los tritones posiblemente podrían obligar a las bacterias a bombear más tetrodotoxina, pero no hay evidencia de que esto suceda. De hecho, en los trabajos de campo nunca ha visto a una culebra comiéndose un tritón. En cambio, la resistencia de las serpientes a la tetrodotoxina podría haber surgido por alguna otra razón, o incluso por casualidad evolutiva.
Sin embargo, aunque la fuente de toxinas de los tritones está lejos de ser precisa, el hecho de que tenga bacterias que hacen algo que vive en su piel, no significa que esa sea la fuente de los tritones . También se ha descubierto que los tritones contienen moléculas que, según sus estructuras, pueden ser parte de una vía biológica para que los tritones sinteticen su propia tetrodotoxina . Aún así, el estudio que muestra que las bacterias que se encuentran en los tritones pueden producir tetrodotoxina, "es lo mejor que tenemos hasta ahora".
Algunos científicos creen que los tritones controlan su producción de tetrodotoxina, ya sea fabricando la tetrodotoxina ellos mismos o manipulando de alguna manera sus bacterias. La presencia de bacterias como tercer jugador en la guerra entre tritones y serpientes lo convertiría en un sistema aún más interesante.
Una barrera importante para determinar si los tritones pueden producir tetrodotoxina por sí mismos es que no se ha publicado un genoma completo para los tritones Taricha . Tienen uno de los genomas más grandes de todos los animales que conocemos.
Estudiar las formas en que los animales envenenados se adaptan y usan toxinas, al igual que gran parte de la investigación científica básica, tiene un interés inherente para los investigadores que buscan comprender el mundo que nos rodea.
Pero a medida que el cambio climático y la destrucción del hábitat contribuyen a una pérdida continua de biodiversidad que ha afectado especialmente a los anfibios , estamos perdiendo especies que no solo tienen una importancia intrínseca como organismos únicos, sino que también son fuentes de medicamentos que pueden salvar y mejorar la vida.
La epibatidina, la tetrodotoxina y compuestos relacionados, por ejemplo, se han investigado como posibles analgésicos no opioides cuando se administran en dosis pequeñas y controladas. Estamos perdiendo estos productos químicos, algo así como diversidad química en peligro de extinción.
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