Toxblog bloghoved

Evolution og synergi: Når slangetoksiner rotter sig sammen

Helt instinktivt ved alle, at slanger kan være giftige, og at man bør undgå at blive bidt af dem. Men hvorfor er slanger giftige? Hvordan virker deres gift, og hvad består den af? Kan man blive forgiftet af at spise en giftig slange eller drikke slangesnaps?

Illustration: Privatfoto

Den grønne mamba fra Østafrika har en stærk neurotoksisk gift, som udviser toksinsynergi.

Helt overordnet er visse slanger giftige, fordi det giver dem en fordel ift. at nedlægge byttedyr hurtigt og effektivt. Gift er kun i visse tilfælde udviklet som forsvar mod rovdyr (læs om den spyttende kobras gift). Men giftproduktion kommer ikke uden omkostninger. Det er nemlig energimæssigt omkostningsfuldt at producere gift. Så hvis en slange ikke bruger sin gift, er det faktisk en ulempe at være giftig. Forskere har blandt andet vist, at den burmesiske pyton har generne til at kunne producere gift. Men eftersom denne slange for tusinder til millioner af år siden omlagde sin strategi for at fange bytte fra giftige bid til kvælning, har dens evolution gjort, at den er holdt op med at udtrykke sine giftgener. Dette sparer den nemlig energi ved, således at den kan klare sig med mindre føde i længere tid. Det samme er formentligt ved at ske med den marmorerede havslange, der engang har haft en stærkt neurotoksisk og paralyserende gift, men som nu om dage har mistet sin toksicitet. Denne slange omlagde nemlig sin livret fra fisk (der er meget bevægelige) til fiskeæg (som er knap så bevægelige) (læs om hvornår slanger mister deres gift her).

Såfremt man som slange rent faktisk bruger gift til at nedlægge bytte, kan der dog være energimæssige fordele ved at optimere sin gift, så den bliver mere potent. Derved skal der en mindre mængde gift til for at dræbe eller paralysere sit bytte, og det vil koste mindre energi at erstatte den brugte gift. Slangegifte består typisk af 20-50 proteinbaserede toksiner, der udtrykkes i giften i nævneværdig grad (der kan dog yderligere være langt flere toksiner, som kun findes i meget små koncentrationer i giften). En evolutionær måde at optimere sin gift på er ved at optimere nogle af disse toksiner, så hvert enkelt toksin bliver mere potent. For neurotoksiner betyder dette i praksis, at de optimeres til at binde stærkere til de receptorer, som de interagerer med i nervesystemet, således at de enten hæmmer eller aktiverer nervesystemet stærkere (afhængig af den konkrete neurotoksiske effekt, som for nogen neurotoksiner er hæmmende, mens for andre neurotoksiner hyperaktiverende). Til sammenligning kan det for enzymatiske toksiner betyde, at deres enzymatiske aktivitet forstærkes, således at de er i stand til at katalysere deres toksiske, kemiske reaktioner hurtigere. Disse evolutionære strategier har alle giftslanger formentligt benyttet sig af gennem deres udvikling.

Skematisk oversigt over de forskellige synergistiske mekanismer samt ikke-synergistiske mekanismer for slangetoksiner. A) Forskellige dele af en fysiologisk process hæmmes flere steder af forskellige toksiner. B) Forskellige fysiologisk processer, som sammen styrer en senere fysiologisk process, hæmmes af forskellige toksiner. C) Et nøglemolekyle i en fysiologisk process hæmmes synergetisk stærkt af forskellige toksiner. D) Flere toksiner går sammen og danner et supertoksin, som stærkt hæmmer en en fysiologisk process. E) Når toksinerne konkurrerer med hinanden for at ramme et nøglemolekyle, opstår der ikke synergi, men derimod kun additiv toksicitet. F) Når toksiner rammer forskellige fysiologiske processer, som ikke har noget med hinanden at gøre, opstår der ikke synergi.

Der findes dog en endnu mere avanceret måde, som slangegifte er blevet optimeret evolutionært på gennem tiden – og dette er gennem toksinsynergi! I sommer sammenskrev jeg et videnskabeligt review omkring de forskellige typer af synergi, som kan opstå mellem slangetoksiner, hvorved deres toksicitet bliver stærkere en summen af de enkelte toksiners toksicitet. I denne proces blev jeg endnu engang overrasket over, hvor komplekse slangegifte er, og hvor mange måder, de kan slå én ihjel på. Inden for toksinsynergi findes der både eksempler, hvor toksinerne går sammen og laver et supertoksin (dette sker fx hos den stærkt neurotoksiske australske taipan), hvor toksinerne rammer forskellige dele af nervesystemet, hvorved de neurotoksiske effekter gøres stærkere (dette sker fx hos den sorte mamba), eller hvor nogen toksiner skaber hyperaktivitet, mens andre toksiner formindsker blodkarrene, således at hjertefunktionen og åndedrættet for byttedyret sættes ud af spil (dette sker fx hos den grønne mamba). Derudover findes der hugorme- og klapperslangegifte, hvor giften indeholder forskellige hæmotoksiner, der på synergetisk vis rammer forskellige blodfaktorer i ens blodstørkningskaskade, hvorved man oplever svære problemer med blodets evne til at koagulere. Ved således at lade sine toksiner rotte sig sammen på synergetisk vis kan en slange opnå en mere potent gift, som enten kan slå større bytte ihjel hurtigere (hvorved slangen får en større aftensmad), eller slangen kan bruge mindre gift på at slå mindre bytte ihjel (og derved spare energi, når den brugte gift skal erstattes med ny gift).

Fælles for alle slangetoksiner består disse af proteiner, hvorfor slangegifte på engelsk kaldes ”venoms” og ikke ”poisons” (læs om forskellen på venom og poison her). Dette har den betydning, at toksinerne skal injiceres i byttedyret eller offeret for at have virkning. Der vil derimod ikke være nogen effekt, hvis toksinerne spises, fordi de med deres store størrelse og proteinbaserede natur ikke kan krydse over i blodbanen fra tarmen. Man kan således roligt spise slangegift og drikke slangesnaps, da det ikke er ”poisonous” (om end dette ikke er en opfordring til at gøre det!). Men det, at toksinerne er proteinbaserede er også med til at gøre dem i stand til at interagere med hinanden på synergetisk vis. Toksinernes (og mange andre proteiners) størrelse og kemi giver dem nemlig flere kommunikationspunkter, der gør dem i stand til at binde til hinanden, lave supermolekyler eller på anden vis kommunikere med hinanden – dette giver mulighed for synergieffekter!

Studiet af slangegift er derfor ikke alene et studie i toksicitet, men i sandhed også et felt, der kan give forståelse for proteiners (toksiners) evolution, evne til at samarbejde, og hvilke mekanismer, der driver udviklingen af synergieffekter mellem proteiner. Derudover giver det også mulighed for at udpege kritiske toksiner eller toksinmekanismer, som skal neutraliseres med effektiv modgift.

Link til vores forskningsgruppe: Tropical Pharmacology Lab

Andreas Laustsen er kemiingeniør, PhD og biotekentreprenør (Biosyntia, VenomAb, Chromologics, Antag Therapeutics, VenomAid Diagnostics og Bactolife). For tiden arbejder Andreas som Lektor på Danmarks Tekniske Universitet med bioteknologi-baserede modgifte mod slangebid. I 2014 blev han kåret som Danmarks Sejeste Ingeniør, i 2016 som en af Europas top 10 biotekentreprenører under 30 år og i 2017 som en af Europas "30 under 30" af Forbes og en af Europas top 35 innovatører under 35 af MIT Technology Review.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten