Hvad er nervegift, og hvor kan det komme fra?

Nervegift er den samlede betegnelse for giftstoffer (kaldet neurotoksiner), der angriber nervesystemet. Dog er opbygningen og måden, hvorpå giftstofferne påvirker nervecellerne, meget varierende. Nervegift kan være alt fra små organiske molekyler til større proteiner, men fælles for dem er, at de påvirker nervesystemet ved at forhindre kommunikationen mellem nerveceller. Dette kan føre til hjerneskade og udviklingshæmning eller lammelse, da hjernen mister kommunikationen til musklerne. I værste tilfælde kan denne lammelse sprede sig til åndedrætsmusklerne, hvilket medfører kvælningsdød.

Cyanobakterier, som også er kendt som blågrønalger, ses jævnligt om sommeren i de danske søer og langs kysterne (Figur 6A). Men udover at de kan gøre vandet grønt og grumset, producerer de også forskellige giftstoffer. Giftstofferne dannet af blågrønalger hedder samlet set cyanotoksiner, og disse små organiske molekyler har mange forskellige måder, hvorpå de kan skade kroppen. To af disse toksiner er yderst effektive til at angribe nervesystemet. Disse to giftstoffer er anatoksin-a, der også bliver kaldt Very Fast Death Factor, og saxitoksin, der er blevet undersøgt som et potentielt kemisk våben af USA og CIA, indtil det blev ulovligt at fremstille eller erhverve ifølge FN’s våbenkonvention. Begge toksiner virker ved at forhindre nervecellerne i at kommunikere korrekt med hinanden ved at binde til henholdsvis receptorer og ionkanaler på nervecellernes overflade. Det er cyanotoksinerne, der er skyld i, at det kan det være yderst farligt at drikke eller bade i vand, som er inficeret med blågrønalger, og algevæksten bliver derfor fulgt tæt af sundhedsmyndighederne.

Nervegift er også at finde i planteriget og, ligesom hos cyanobakterierne (Figur 6A), er nervegift fra planter ofte baseret på små organiske molekyler. Sådan nervegift findes i mange forskellige planter, blandt andet fra natskyggefamilien og skærmblomstfamilien, hvor sidstnævnte eksempelvis inkluderer den giftige plante skarntyde (Figur 6B). Skarntyden, eller Poison hemlock på engelsk, producerer det giftige stof koniin, der ligesom anatoksin-a, binder til en receptor på nervecellerne. Ved indtagelse af skarntyde opstår der hurtigt symptomer såsom synsbesvær, muskeltræthed og lammelser. Selvom skarntyde stammer fra Middelhavslandene, er den meget hårdfør og er derved blevet etableret som en invasiv art i mange lande. Man kan nu finde den i det meste af verden. Dette skaber et stort problem for især græssende husdyr såsom køer, heste og får, da skarntyde er giftig for alle pattedyr.

Figur 6. A: Cyanobakterier kan til tider ses som et grønt tæppe på vandet, når temperaturen er høj. Billede af U.S. Army Corps of Engineers under licensen CC BY 2.0. B: I løbet af sommermånederne blomstrer skarntyden med hvide blomster. Billede af John Tann under licensen CC BY 2.0.

Men hvorfor producerer bakterier, planter og dyr overhovedet nervegift? I alles tilfælde er det for at forbedre deres chancer for at overleve i naturen. Men måden, hvorpå giften bliver brugt, er meget forskellig. Planter, såsom skarntyden, bruger deres gift som et forsvarsmiddel for at gøre det mindre attraktivt for dyr at spise dem. I det forrige afsnit præsenterede vi et dyr, der har en lignende forsvarsmekanisme, nemlig pilegiftsfrøen. Dog kan mekanismen også findes i andre dyr, såsom kuglefisk. Udover at have den særprægede forsvarsmekanisme at kunne puste sig stor som en vandballon, indeholder kuglefisk og pindsvinefisk også et af de mest potente neurotoksiner. Dette neurotoksin, tetrodotoksin, bliver produceret af symbiotiske bakterier, der lever i fisken og virker ved at blokere ionkanaler på nervecellen. Tetrodotoksin er ekstremt giftigt (Tabel 1), og da der ikke er en modgift, kan en forgiftningen nemt føre til døden inden for få timer. Tetrodotoksin er med til at gøre den japanske delikatesse Fugu ekstra spændende og et spørgsmål om liv eller død, da der er en risiko for at blive forgiftet, hvis fisken ikke er tilberedt til perfektion.

Ud over at bruge nervegift som en forsvarsmekanisme har flere dyr også udviklet nervegift, der kan bruges som et våben til at fange bytte. For slanger er nervegift et yderst brugbart våben, da byttedyrene ofte lammes efter blot et enkelt bid. Dette sikrer, at slangerne har kontakt med deres bytte i kort tid, hvilket minimerer risikoen for, at slangen kommer til skade under jagten.

En anden dyregruppe, der benytter sig af potent nervegift til at fange bytte, er keglesnegle. Disse langsomme snegle lever af hurtige små fisk, hvilket umiddelbart lyder som en umulig opgave for sneglen. For at kunne lykkes med at fange sit hurtige bytte er sneglene udstyret med en lille harpun, som over korte afstande kan skydes afsted med høj fart. Når fiskene spides af harpunen, injiceres de med en potent nervegift bestående af flere forskellige conotoksiner (fra det engelske navn ”conesnails”). Conotoksinerne lammer fisken nærmest øjeblikkeligt, og sneglen kan derefter langsomt hive harpunen og måltidet til sig. Du kan se et videoklip af fænomenet her.

Hvor og hvordan påvirker nervegift kroppen?

Som nævnt tidligere påvirker nervegift nervecellerne, men måden hvorpå nervecellerne bliver påvirkede varierer meget alt efter hvilken type gift, der er tale om. Der er tre overordnede mekanismer, hvorpå nervecellerne kan blive angrebet af nervegifte (Figur 7): 1) Ved at binde til ionkanaler og blokere deres funktion. 2) Ved at binde til ionpumper og blokere deres funktion. 3) Ved at lave huller i cellemembranen på nervecellen, så ioner frit kan diffundere ind og ud, hvilket gør, at nervecellen ikke længere er i stand til at kontrollere ionerne og bruge dem til at sende signaler.

Figur 7. Neurotoksiner har generelt én af tre overordnede mekanismer til at angribe nervecellen. 1) Toksiner kan forhindre ionkanalerne i cellemembranen i at åbne. 2) Toksiner kan binde til ionpumper og herved blokerer dens funktion eller aktivering. 3) Toksiner kan danne porer i cellemembranen, hvilket tillader, at ioner frit kan diffundere ind og ud af cellen.

En rask nervecelles signal på vej til musklerne

Hver gang en nervecelle skal aktiveres, og du bruger en muskel i din krop, sker det ved hjælp af signaler, der går fra hjernen og ned til musklerne via nervecellerne. Hjernen sender et signal, fx ”bevæg din finger”, og når nervecellen modtager signalet, skal signalet sendes videre. For at gøre dette, benytter nervecellen sig af forskellige ioner. I en hvilende nervecelle er koncentrationen af natriumioner (Na+) lav inde i cellen, mens koncentrationen af kaliumioner (Ka+) er høj (Figur 8, boks 1). Idet nervecellen modtager et signal og aktiveres, strømmer natriumioner ind i nervecellen, mens kaliumioner bliver lukket ud (Figur 8, boks 2). Ændringen af ionerne sker langs nervecellen og opfattes i den anden ende af nervecellen. Som et resultat heraf åbnes calciumionkanaler og calciumioner (Ca2+) lukkes ind i cellen, hvilket medfører at signalet kan videresendes (Figur 8, boks 3). Dette gøres ved hjælp af forskellige transmittere, blandt andet et lille molekyle kaldet acetylcholin. Nervecellen, der videresender signalet, frigiver acetylcholinen, der opfanges af en ny nervecelle. Idet acetylcholin binder til sin specifikke receptor, den nikotinerge acetylcholin receptor (nAChR), på den nye nervecelle, kan signalet fortsætte, og sådan videresendes signalet, indtil det når den muskel, der skal trække sig sammen. Efter signalet er sendt afsted fra nervecellen, genoprettes den originale koncentration af ioner, så cellen er klar til at modtage og videresende et nyt signal.

Der skal således mange forskellige mekanismer til, før signalet ”bevæg din finger” kommer fra hjernen og ud til din fingermuskel. Og alle disse mekanismer kan blive angrebet af forskellige nervegifte.

(Hvis du vil vide mere kan du se videoer om nerver og kommunikation her.)

Figur 8. Boks 1. En Na+ og K+ kanal i hvilestadie. Boks 2. En Na+ og K+ kanal i signalerende stadie. Denne signalering løber ned langs hele nervefiberen set i nervecellen øverst på figuren, indtil signaleringen når til nerveenden (Boks 3). Boks 3. Når signaleringen når til enden, aktiveres Ca2+ kanaler, som sender Ca2+ ind i nervecellen, hvilket resulterer i at vesikler med neurotransmittere (fx acetylcholin) skydes ud af nervecellen og sender signalet videre ved at binde til neuroreceptorer på den næste celle. Disse neuroreceptorer er neurotransmitter-afhængige ionkanaler, som åbner for ion strøm ind i cellen ved kontakt med den korrekte neurotransmitter, hvorefter processen gentages i den nye nervecelle.

Sneglens gift forhindrer iontransport

Conotoksinerne udgøres af små peptider, som binder meget specifikt til ionkanaler, som er ansvarlige for transporten af natrium- og kaliumionerne. Når toksinerne binder til deres respektive ionkanaler, forhindres transporten af ionerne ind og ud af nervecellen (Figur 9). Dermed forhindrer conotoksinerne nervesignalet i at blive videresendt, da signalet ikke kan blive videreført gennem nervecellen. Som et resultat af dette bliver man lammet, da nervecellerne ikke længere kan videreføre signaler og dermed kommunikere med musklerne.

Figur 9. Conotoksiner binder til ionkanaler og forhindrer iontransport. Når denne figur sammenlignes med figur 8 kan man se hvor omfattende konsekvenser det har for nervecellens evne til at signalere.

Edderkoppegift laver huller i cellerne

Den sorte enke og andre edderkopper i samme familie producerer en gift, der indeholder α-latrotoksin. Idet α-latrotoksin kommer i kontakt med cellemembranen på en nervecelle, indsætter α-latrotoksin sig i den og danner en pore. Dette bevirker, at Ca2+ frit kan bevæge sig ind og ud af nervecellen (Figur 10). Dette medfører, at nervecellen ikke længere har kontrol over Ca2+ niveauet på tværs af cellemembranen, hvilket resulterer i, at Ca2+ ikke kan bruges til at styre frigivelsen af acetylcholin og andre neurotransmittere. Dette betyder, at nervecellen mister evnen til at videresende livsvigtige signaler. Når α-latrotoksin binder og danner sin pore (Figur 10), vil en stor mænge Ca2+ ioner strømme ind i nervecellen og frigive mange neurotransmittere. Men efter en periode vil der ikke være flere neurotransmittere tilbage i nervecellen, så selvom der stadig er meget Ca2+ til stede, bliver der ikke frigivet nok neurotransmittere til at videresende et signal.

Figur 10. På figuren ses det, hvordan α-latrotoksin forstyrrer den normale signalering (venstre) ved at indsætte sig i nervecellen så kontrollen af Ca2+ ioner ikke er vedligeholdt mere (midt). Korttidseffekten (midt) af dette er, at nervecellen øger sin signalering, altså kaster alle sine neurotransmittere ud af cellen. Langtidseffekten af dette er, at nervecellen løber tør for neurotransmitter og derved ikke kan signalere som normalt.

Et bid fra en kobra

I kobragift kan man finde et yderst potent neurotoksin, der kaldes α-cobratoksin. Dette neurotoksin binder sig til den samme receptor (nAChR), som acetylcholin (neurotransmitter) binder til, og derved forhindres acetylcholin i at binde sin receptor. Idet acetylcholin ikke kan binde og dermed åbne nAChR, forbliver natrium- og kaliumkoncentrationerne inde i cellen uændret. På samme måde som med conotoksinerne kan nervecellerne ikke sende signaler ud til musklerne, og man bliver lammet. Denne lammelse kan spredes, og hvis den når de respiratoriske muskler, kan man dø af kvælning, idet vejrtrækningsmusklerne omkring lungerne ikke længere fungerer.

Opgave: Indtegn på nedenstående figur, hvor og hvordan α-cobratoksin påvirker nervecellen, og sæt kryds over hvilke processer, der ikke længere fungerer. Husk at acetylcholin er en neurotransmitter. Klik derefter, på boksen her, for at se svaret.

Løsningen ses på nedenstående billede:

 

Nervegift brugt som dødsdom

Gennem tiderne er mange blevet dræbt af alverdens forskellige nervegifte. Allerede tilbage i oldtidens Grækenland blev nervegift benyttet som en henrettelsesmetode. I år 399 fvt. blev filosoffen Sokrates anklaget og dømt til døden for ikke at tro på Athens guder og for at fordærve de unge i byen. Dødsdommen blev eksekveret ved, at Sokrates skulle indtage en drik lavet af skarntyde og opium. Ligesom mange andre nervegifte påvirker koniinen i skarntyde nAChR. Mere specifikt blokerer koniinen binding af acetylcholin til receptoren og forhindrer derved aktiveringen af nAChR. Efter Sokrates havde indtaget drikken, gik han rundt i sin celle, indtil hans fødder blev lamme, og han ikke kunne gå mere. I sidste ende var det kvælning, der dræbte Sokrates, da lammelsen spredte sig fra hans fødder og op gennem kroppen, indtil den til sidst nåede de respiratoriske muskler.

Arbejdsspørgsmål

  1. Hvilken receptor blokerer slangetoksinet α-cobratoksin?
  2. Hvilke tre ioner benytter nerveceller sig af for at videresende signaler?
  3. Beskriv hvordan edderkoppegiften α-laktrotoksin påvirker nervecellen.
  4. Nævn et dyr, der benytter nervegift som en forsvarsmekanisme mod rovdyr.
  5. Nævn et dyr, der benytter nervegift som en angrebsmekanisme for at fange byttedyr.
Svar

1.  Slangetoksinet α-cobratoksin blokerer nicotinisk acetylkolinreceptor (nAChR).

2. Nerveceller benytter sig af natrium (Na+), kalium (K+), og calcium (Ca2+) ioner for at videresende signaler.

3. Eksempel: Edderkoppegiften α-laktrotoksin påvirker nervecellen ved at binde til og blokere calcium (Ca2+) kanaler, hvilket forhindrer calciumindgangen og påvirker frigivelsen af neurotransmittere, der er nødvendige for signaloverførsel.

4. Eksempel: Kuglefisk og pilegiftsfrøen

5. Eksempel: Slanger og keglesnegle