Zapewne niektórzy z czytelników bloga obierają czasami ziemniaki. Jeśli przyglądamy się im uważnie, możemy dostrzec, że cienka warstwa miąższu pod skórką czasem ma kolor zielonkawy albo nawet wręcz zielony. Powinno to być dla was sygnałem ostrzegawczym. Taki wygląd ziemniaka oznacza, że kryją się w nim związki potencjalnie szkodliwe dla zdrowia, a nawet zagrażające życiu.
Nieco ponad 200 lat temu w jagodach psianki czarnej (Solanum nigrum), należącej, podobnie jak ziemniak, do rodziny psiankowatych, wykryto solaninę. Jest to związek organiczny należący do grupy glikoalkaloidów. Rozszyfrujmy tę nazwę: gliko- oznacza coś pochodzącego od cukrów (węglowodanów), natomiast alkaloidy to grupa związków organicznych zawierający azot i mających charakter zasadowy (z małymi wyjątkami). W przypadku solaniny mamy do czynienia z trzema cząsteczkami cukrów prostych (konkretnie glukozy, ramnozy i galaktozy – lewa strona na wzorze) oraz częścią alkaloidową (po prawej). Tu warto dodać, że obok solaniny spotkamy tam też związek podobny strukturalnie, a mianowicie chakonina (różnią się cukrami w części „gliko” i w niewielkim stopniu w części alkaloidowej).
Wzór strukturalny solaniny źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna
Wzór strukturalny chakoniny źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna
Skąd solanina bierze się w ziemniakach? Po co jest syntetyzowana? Sprawa jest dość prosta: jest ona silnym naturalnym pestycydem. Dzięki jej obecności wszelkie niepożądane stworzenia (owady itp.) omijają rośliny szerokim łukiem. Jest to więc naturalny system obrony rośliny przed szkodnikami. Solanina jest syntetyzowana w niewielkich ilościach w sposób ciągły, ale gdy np. wystawimy bulwy ziemniaka na światło słoneczne, tempo syntezy zdecydowanie wzrasta. Dlatego też nigdy nie przechowujemy ziemniaków w takim miejscu, w którym są one bezpośrednio oświetlone. Podobne przyśpieszenie reakcji syntezy ma miejsce w przypadku obecności szkodników roślin albo roślinożerców (fitofagów).
Co ciekawe – związek ten jest syntetyzowany z cholesterolu. Znamy związki pośrednie pomiędzy cholesterolem a solaniną, a więc tzw. ścieżkę biosyntetyczną, ale do dziś dokładnie nie wiadomo, jakie konkretnie enzymy katalizują kolejne reakcje. Natura bywa skomplikowana, prawda? A skąd ta zielona barwa miąższu? Solanina i chakonina to przecież związki bezbarwne. A jaki związek ma barwę zieloną? Oczywiście chlorofil! Zwykle nie ma go w ziemniakach, ale w sytuacji krytycznej zaczyna być tam syntetyzowany, aby roślina mogła uzyskiwać energię z fotosyntezy, co pozwala jej produkować glikoalkaloidy.
Ziemniaki po ekspozycji na światło dzienne – zielone obszary zawierają chlorofil, ułatwiający syntezę solaniny i chakoniny źródło: Wikimedia, licencja: CC SA 3.0
No dobrze, a dlaczego powinniśmy się wystrzegać zielonych ziemniaków i solaniny? Myślę, że dość napisać, co się może dziać z organizmem człowieka po spożyciu solaniny. Mamy tu cały wachlarz objawów ze strony układu pokarmowego oraz nerwowego. Zacznijmy od mdłości, biegunki, wymiotów. Do tego dochodzą zaburzenia rytmu serca, bóle głowy, swędzenie skóry. Mało? No to dołóżmy jeszcze (w przypadkach silniejszego zatrucia) halucynacje, dreszcze, żółtaczkę, a nawet paraliż. Chyba wystarczy. Tak czy inaczej – grubo!
Objawy najczęściej pojawiają się 8-12 godzin po spożyciu posiłku zawierającego solaninę, ale czasem wystarczy kwadrans. Wspomniana wcześniej chakonina ma dość podobne działanie do solaniny, ale interesujące jest to, że mieszanina tych dwóch glikoalkaloidów działa silniej niż każdy z osobna. Jest to przykład tzw. synergizmu. Co gorsza – nie ma żadnej odtrutki na toksyczne działanie solaniny, trzeba poczekać, aż zostanie wydalona z organizmu. W przypadku silnego zatrucia czasem wymagane jest płukanie żołądka.
Ciekawą sprawą jest to, że tak naprawdę nie wiemy dokładnie, na czym polega toksyczne działanie solaniny i chakoniny. Proponowane są rozmaite mechanizmy, ale wśród badaczy brak jest jednoznacznego poparcia któregoś z pomysłów. Mówi się o oddziaływaniu z błoną mitochondrium, w trakcie którego zmianie ulega potencjał błonowy. Łańcuch reakcji prowadzi w efekcie do apoptozy.
Jak się ustrzec zatrucia?
Ziemniaki są tak naprawdę smaczne i zdrowe. Jednak jeśli zauważymy, że pojawia się tam barwa zielona, musimy się strzec. W zasadzie najlepiej się ich pozbyć, ale jeśli tych obszarów zielonych nie jest zbyt dużo, wystarczy je odciąć i wyrzucić. Uważajcie też na ziemniaki wypuszczające kiełki. W ich okolicach także rośnie stężenie solaniny i innych glikoalkaloidów. Czy kiełkujące ziemniaki też trzeba wyrzucić? Niekoniecznie, ale kiełki trzeba wyciąć ze sporym zapasem. Jeśli mamy wątpliwości, pozbądźmy się takich bulw.
A może wystarczy je ugotować? Przecież złożone związki organiczne zwykle ulegają rozkładowi w wyższych temperaturach. No niestety, nie w tym przypadku. Gotowanie ma znikomy wpływ na poziom solaniny. Jej zawartość zmniejszy się zaledwie o kilka procent. Podgrzewanie w mikrofalówce pozwala na obniżenie poziomu tego związku o 15%. Najwięcej solaniny rozłoży się w czasie smażenia w wysokiej temperaturze (do 40%), ale to też może nie wystarczyć.
Możemy też sprawdzić organoleptycznie, czy ziemniaki zawierają dużo solaniny. Związek ten jest bardzo gorzki. Wystarczy więc odkroić mały kawałek surowej bulwy i chwilkę podotykać nim boków języka. Gorzkie? Wywalamy. Jest to sposób od tysiącleci stosowany przez rdzenny lud Ajmarów w Ameryce Południowej, krainie ziemniaka.
Moje spotkanie z solaniną
I na koniec drobny wtręt osobisty. Nie znałem tego ajmarskiego sposobu, gdy pół wieku temu, pracując na plantacji truskawek, zostałem poczęstowany ziemniakami w mundurkach ugotowanymi przez mojego wuja. Co ciekawe, jak się okazało później, to nie było zatrucie, lecz alergia na solaninę (lub chakoninę), o której nie miałem pojęcia. Pierwszym objawem było swędzenie dłoni, potem stóp, a w końcu całego ciała. Nie miałem mdłości ani innych objawów zatrucia. Ale intuicyjnie czułem, że coś jest nie tak. W lokalnej aptece nie chcieli mi sprzedać żadnego leku antyhistaminowego (takie czasy). Wsiadłem do pociągu Poznań – Konin, bo tam mieszkali rodzice (mama była lekarzem). Gdy wysiadałem na dworcu, miałem już solidnie obrzęknięte dłonie i stopy, zaczynały się trudności z oddychaniem. Gdy doszedłem do domu (700 m), nie byłem już w stanie nic powiedzieć, zaczynałem sinieć. Mama rozpoznała problem w ułamku sekundy, błyskawicznie wezwała pogotowie. Na szczęście na dyżurze był jej kolega, więc przyjechali natychmiast, wpadła ekipa z gotowym sprzętem i dostałem w dwie ręce dożylną dawkę uderzeniową leków: w jedną hydrokortyzon, w drugą wapno. Po 3-4 minutach obrzęk krtani zaczął znikać, oddech się wyrównał, wracałem do żywych. Potem przespałem 30 godzin. Lekarz z pogotowia, który się mną zajmował, powiedział, że gdybym jechał tym pociągiem jeszcze z 15-20 minut, po prostu bym zasnął. No dobra, dość kombatanctwa. Uważajcie na siebie, bo alergia czy zatrucie naprawdę mogą się skończyć dramatycznie. Szukajcie pomocy jak najbliżej, nie wsiadajcie do pociągów!
Czy szczepionka może nas zmodyfikować genetycznie?
Kiedy podczas pandemii COVID-19 dopuszczono do użytku szczepionki mRNA, jedna z obaw często wyrażanych przez laików dotyczyła wprowadzania do komórek ludzkiego organizmu „obcego materiału genetycznego”, który mógłby doprowadzić do nieodwracalnych dziedzicznych zmian w ludzkim genomie. Zaznaczmy od razu, że była to obawa bezzasadna. Syntetyczne mRNA (informacyjne RNA) zawarte w szczepionkach służy wyłącznie jako matryca do produkcji białka kolca (S) wirusa SARS-CoV-2 w cytoplazmie komórki. Komórka prezentuje to białko na swojej powierzchni, ucząc układ odpornościowy reakcji obronnej na charakterystyczny antygen.
Aby mRNA mogło wpłynąć na ludzki genom, musiałby zostać przekopiowane na DNA, przemycone przez barierę ochronną jądro-cytoplazma i wklejone do genomu. Takie operacje nie są możliwe bez zestawu odpowiednich enzymów, których nie zawiera ani szczepionka, ani nawet sam koronawirus. Sekwencja mRNA w szczepionce jest starannie zaprojektowana tak, aby łącząc się z rybosomami, posłużyło ono do stworzenia zadanej z góry liczby kopii białka S, po czym, jak każde „zużyte” mRNA, ulega szybkiemu zniszczeniu przez rybonukleazy, enzymy pilnujące, żeby zbędne lub omyłkowe transkrypty nie zaśmiecały komórki.
SARS-CoV-2 to wirus z jednoniciowym RNA o polarności dodatniej. Tworzenie wszystkich komponentów, z których „montowane” są kopie wirusa, zachodzi w cytoplazmie bez pośrednictwa DNA. Wirus nie dysponuje żadnymi narzędziami umożliwiających przepisanie RNA na DNA i modyfikację genomu gospodarza. Zauważmy przy okazji, że aby „modyfikacja genetyczna” mogła być przekazywana z pokolenia na pokolenie, musiałaby zajść w komórkach linii płciowej (czyli tych, z których powstają plemniki lub komórki jajowe). Mutacja, która zajdzie w jakiejkolwiek innej komórce ciała, ginie wraz ze śmiercią jej nosiciela.
Centralny dogmat i jak go obalano
W podręcznikach biologii można spotkać zasadę zwaną centralnym dogmatem biologii molekularnej. Sformułował ją Francis Crick w latach 1957–1958 (i powtórzył w roku 1970) w następującej postaci:
Kiedy informacja genetyczna zostanie przetłumaczona z sekwencji nukleotydowej kwasu nukleinowego na sekwencję aminokwasową białka, nie może zostać przetłumaczona z powrotem na sekwencję nukleotydową ani przepisana z jednego białka na drugie.1
Ryc. 1.
Tak się pechowo złożyło, że w roku 1965 drugi współodkrywca struktury molekularnej DNA, James Watson, przedstawił „centralny dogmat” w innej postaci, niezgodnej z pierwotną wersją Cricka. Według wersji Watsona informacja genetyczna jest przepisywana z DNA na RNA (lub duplikowana podczas replikacji kwasów nukleinowych), a następnie tłumaczona z RNA na białko. „Dogmat” w wersji Watsona zakazuje natomiast przepisywania informacji sekwencyjnej z RNA na DNA. Przepływ informacji jest jednokierunkowy:
DNA → RNA → białko
Różnica jest istotna, bo jak dotąd nie odkryto żadnych procesów biologicznych, które naruszałyby zasadę Cricka, natomiast zasada w wersji Watsona bywa „naruszana” na kilka różnych sposobów. Innymi słowy, wersja Watsona jest po prostu błędna (choć poprawnie opisuje typowe procesy transkrypcji i translacji). Jednak z powodu tego nieporozumienia niemal co roku ktoś ogłasza „obalenie centralnego dogmatu”. W roku 1970 Howard Temin i David Baltimore „obalili” go dzięki odkryciu enzymów zwanych odwrotnymi transkryptazami (lub rewertazami), za co w 1975 r. otrzymali Nobla z medycyny i fizjologii (czytaj: biologii). Odwrotne transkryptazy syntetyzują podwójną nić DNA na podstawie matrycy, którą jest pojedyncza nić RNA.2 Wyizolowano je po raz pierwszy z wirusów onkogennych wywołujących białaczkę u myszy i mięsaka u kur. Szczególnie ważną grupą wirusów RNA wyposażonych w odwrotną transkryptazę są retrowirusy, łączone w rodzinę Retroviridae.
Jak działa retrowirus?
Retrowirusy, podobnie jak koronawirusy, mają genom w postaci jednoniciowego RNA. W każdym kapsydzie upakowane są dwie kopie genomu, obie używane podczas syntezy DNA, co do pewnego stopnia łagodzi skutki faktu, że odwrotna transkrypcja jest podatna na błędy przepisywania. Inaczej niż koronawirusy, retrowirusy kodują własną odwrotną transkryptazę; jej cząsteczki zawarte są w wirionie i dostają się do zainfekowanej komórki wraz z wirusowym RNA i kilkoma białkami pomocniczymi. Po przepisaniu genomu wirusa na DNA trzeba przeszmuglować owo DNA do jądra komórki. Jest kilka wirusowych sztuczek, które ułatwiają taki transport. Na przykład część retrowirusów wykorzystuje fakt, że podczas podziału mitotycznego komórki przejściowo zanika błona jądrowa; inne potrafią poszerzać kanały transportowe otoczki jądra w taki sposób, że nawet cały kapsyd wraz z zawartym w nim materiałem może przeniknąć do środka, a odwrotna transkrypcja zachodzi częściowo lub całkowicie w obrębie jądra. W każdy razie, kiedy już DNA dostanie się na „teren chroniony”, wówczas inny enzym retrowirusa, integraza, powoduje wklejenie DNA z przepisanym genomem wirusowym do genomu gospodarza.
Jak pamiętamy, bakteriofagi integrują kopię swojego genomu z genomem zaatakowanej bakterii w postaci profaga. Retrowirusy robią coś podobnego – z tą istotną różnicą, że ich informacja genetyczna zostaje najpierw przepisana z RNA na DNA. Oczywiście bakterie nie mają jądra, co ułatwia fagom dostęp do genomu komórki żywicielskiej. Retrowirusy mają trudniejsze zadanie, ale przez setki milionów lat nauczyły się sztuki obchodzenia zabezpieczeń. Retrowirusowe DNA włączone do genomu nazywamy prowirusem. Prowirus może pozostać uśpiony nawet przez wiele lat, niewidzialny dla układu odpornościowego. Jeśli w tym czasie zachodzą podziały komórkowe, to DNA wirusowe jest replikowane wraz z całą resztą genomu gospodarza. Gdy jednak wirus się uaktywnia, jego DNA jest przepisywane na mRNA, które z kolei jest transportowane do cytoplazmy, gdzie zachodzi translacja: syntetyzowane są białka wirusa i tworzą się z nich kapsydy, w które pakowane są po dwie kopie genomu w postaci jednoniciowego RNA wraz z odpowiednimi enzymami. Wiriony otaczają się sferyczną osłoną lipidową „pożyczoną” od gospodarza, opuszczają komórkę, osiągają stadium dojrzałości (stają się zdolne do zakażania) – i w ten sposób cykl życiowy retrowirusa zostaje domknięty.
Ryc. 2.
Retrowirusy jako zagrożenie
Wydawałoby się, że nie mamy szczególnego powodu, żeby lubić retrowirusy. Są to patogeny podstępne, ukrywające się przed odpowiedzią odpornościową zainfekowanego organizmu i tworzące sobie rezerwę uśpionych prowirusów. Co gorsza, często biorą na cel właśnie te komórki, które odpowiadają za pobudzanie odpowiedzi odpornościowej. Klasycznym przykładem są ludzkie wirusy niedoboru odporności HIV (z rodzaju Lentivirus), wywołujące AIDS. Atakują one kilka typów komórek układu odpornościowego, a zwłaszcza limfocyty Th o kluczowym znaczeniu dla funkcjonowania całego układu (patrz wcześniejszy wpis Agnieszki Szuster-Ciesielskiej).3 Także wirusy z grupy PTLV, zakażające małpy wąskonose, w tym ludzi (jak HTLV-1, pierwszy odkryty retrowirus ludzki), atakują limfocyty Th. U ich nosicieli mogą się rozwijać choroby nowotworowe takie jak ostra białaczka lub chłoniak. Infekcje retrowirusowe są przy dzisiejszym stanie medycyny w zasadzie nieuleczalne, w przypadku HIV opracowano jednak terapie pozwalające łagodzić przebieg zakażenia i nie dopuszczać do rozwoju fazy objawowej, co pozwala ludziom zakażonym prowadzić w miarę normalne życie. Istnieją też retrowirusy niezjadliwe (np. tzw. wirusy pieniste z podrodziny Spumaretrovirinae), niepowodujące żadnych objawów chorobowych mimo chronicznej infekcji.
Retrowirusy wyspecjalizowały się w pasożytowaniu na kręgowcach i robią to skutecznie od co najmniej 450–500 mln lat (skąd to wiadomo, wyjaśnię w kolejnym odcinku serii). Niejednokrotnie udawało im się to, o co laicy podejrzewają szczepionki mRNA: retrowirus infekował komórki linii płciowej i stawał się jako prowirus składnikiem DNA gospodarza przekazywanym z pokolenia na pokolenie. Gdyby skutki takiego dziedziczenia obniżały dostosowanie nosicieli, dobór naturalny szybko eliminowałby z populacji „modyfikacje genetyczne” dokonywane przez wirusa. Wiemy jednak, że nie zawsze się tak dzieje. Raz na pewien czas (rzędu kilku milionów lat) prowirusowi udaje się utrwalić w całej populacji tego czy innego gatunku kręgowca. W linii ewolucyjnej człowieka zdarzało się to wielokrotnie. W rezultacie znacząca część naszego genomu jest pochodzenia retrowirusowego. Jakie są tego skutki, o tym także dowiemy się z kolejnego odcinka.
Tu można jeszcze raz zadać pytanie: czy u osoby zainfekowanej retrowirusem istnieje możliwość przeniesienia z cytoplazmy do jądra materiału genetycznego pochodzącego np. ze szczepionki? Być może odwrotna transkryptaza wirusa mogłaby niechcący przepisać obce mRNA na sekwencję DNA, którą z kolei wirusowa integraza wkleiłaby do jądrowego DNA? Trudno stwierdzić, że coś jest absolutnie niemożliwe, ale z pewnością prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest astronomicznie małe. Wirusy mają swoje egoistyczne interesy i nie są zainteresowane transkrybowaniem jakiegokolwiek RNA poza własnym. Przecież w każdej chwili w cytoplazmie znajduje się mnóstwo molekuł RNA rozmaitego pochodzenia. Odwrotna transkryptaza jest wysoce swoista i ma ściśle określone zadanie: rozpoznać i przepisać sekwencję wirusową i nic ponadto.
W normalnych warunkach komórki ludzkie nie produkują własnych odwrotnych transkryptaz, choć jak zobaczymy, są one kodowane przez pewne szczególne elementy ludzkiego genomu. Rodzajem odwrotnej transkryptazy jest także ludzka telomeraza – enzym odbudowujący (na podstawie matrycy RNA) telomery, czyli fragmenty DNA tworzące ochronne „końcówki” chromosomów, skracane przy podziałach komórkowych. Telomeraza jest aktywna w komórkach linii płciowej i w niektórych komórkach macierzystych, podlegających intensywnym podziałom, poza tym jednak nie ulega ekspresji w zdrowych dorosłych komórkach; może się natomiast uaktywniać w sposób patologiczny w tkankach dotkniętych nowotworami, umożliwiając komórkom nowotworowym niekontrolowane powielanie się. Jednak i telomeraza transkrybuje określoną, swoistą sekwencję, a nie dowolną zabłąkaną molekułę RNA.
W przypadkach absolutnie wyjątkowych, zdarzających się raz na wiele milionów lat, obce (wirusowe) RNA może się załapać jako „pasażer na gapę” i posłużyć jako matryca dla DNA wkomponowanego w genom gospodarza. O tej możliwości również wspomnę w kolejnym wpisie. Ogólnie jednak nie ma obawy, żeby szczepionka zmodyfikowała nas genetycznie.4 Jeśli natomiast powiemy, że niektóre wirusy dokonują takiej sztuki, to nie jest to żadna przenośnia, tylko stwierdzenie faktu.
Notka językowa
Jak to często bywa ze skrótowcami polskimi, DNA i RNA nie mają ustalonego rodzaju gramatycznego. Są one częściej używane niż pełne nazwy kwas deoksyrybonukleinowy i kwas rybonukleinowy, które oczywiście byłyby traktowane jako rodzaj męski (nieżywotny). Poprawne jest zarówno przypisywanie obu skrótowcom rodzaju męskiego, jak i nijakiego („dwuniciowy DNA” lub „dwuniciowe DNA”). W niniejszej serii trzymam się drugiej możliwości, ponieważ wydaje mi się, że brzmi naturalniej w swobodnej polszczyźnie, ale zaznaczam, że jest to wybór arbitralny, który nikogo do niczego nie zobowiązuje.
Przypisy
1) Oryginalne sformułowanie Cricka było zwięźlejsze (patrz ryc. 1), ale rozwinąłem je nieco dla uniknięcia niejednoznaczności. Crick przyznał później, że niefortunnie użył słowa „dogmat”, jak gdyby chodziło o jakiś aksjomat niepodlegający dyskusji, podczas gdy jego zamiarem było przedstawienie założenia fundamentalnego, lecz sprawdzalnego empirycznie. 2) Jest to w istocie proces kilkuetapowy, polegający na zsyntetyzowaniu pojedynczej nici DNA (na podstawie RNA), następnie usunięciu i zdegradowaniu RNA i wreszcie zsyntetyzowaniu drugiej, komplementarnej nici DNA (na podstawie DNA). Odwrotna transkryptaza jest enzymem wielofunkcyjnym, składającym się z domen, które działają jako polimeraza lub rybonukleaza, dzięki czemu może wykonać wszystkie etapy zadania. 3) HIV „przycumowuje” do receptorów CD4, glikoprotein występujących na powierzchni atakowanych typów komórek, wiążąc się dodatkowo z koreceptorami CCR5 lub CXCR4. To związanie umożliwia mu wtargnięcie do wnętrza komórki. 4) Gdyby jednak mimo wszystko wskutek jakiegoś nieprawdopodobnego splotu okoliczności syntetyczny odpowiednik koronawirusowego genu białka S został przepisany na DNA i wklejony do genomu ludzkiego, to w najgorszym razie białko zsyntetyzowane na jego podstawie zostałoby zaprezentowane na powierzchni komórki, a następnie rozpoznane jako „wróg” i zniszczone wraz z komórką przez nasz układ odpornościowy. To samo się dzieje po podaniu szczepionki, gdy białko S jest produkowane bezpośrednio na podstawie szczepionkowego mRNA.
Ryc. 1. „Centralny dogmat” w notatkach Francisa Cricka z roku 1957. Warto zwrócić uwagę na strzałkę naszkicowaną linią przerywaną: autor dopuszczał możliwość odwrotnej transkrypcji. Źródło: Cobb 2017 (licencja CC BY-SA). Ryc. 2. Schemat budowy wirionu wirusa z rodzaju Epsilonretrovirus atakującego ryby (sandacza amerykańskiego, Sander vitreus) i wywołującego u nich nowotwory. Wirion opuszcza komórkę gospodarza w postaci niedojrzałej (po lewej), po czym wskutek działania zawartych w nim enzymów jego struktura wewnętrzna osiąga formę dojdrzałą (po prawej), zdolną do infekowania nowych komórek. Warto zwrócić uwagę na obecne w wirionie gotowe enzymy: odwrotną transkryptazę i integrazę. Źródło: ViralZone, Swiss Institute of Bioinformatics (licencja CC-BY 4.0).
Co roku wraz z sezonem grzybowym pojawia się problem zatruć grzybami. Grzyby potrafią produkować wiele biologicznie aktywnych związków chemicznych, takich jak muskaryny, fallotoksyny czy kwas ibutenowy. Wiele z nich zalicza się do trucizn. Niektóre są środkami psychoaktywnymi, jak np. psylocybina zawarta w łysiczce lancetowatej (Psilocybe semilanceata). Pisał o tym Lucas Bergowsky w artykule o narkotykach w służbie wywiadu.
Trujących grzybów jest bardzo dużo: samych muchomorów znanych jest ok. 600 gatunków, ale 90% śmiertelnych zatruć na świecie i 95% w Polsce jest wynikiem spożyciem muchomora zielonawego, dawniej znanego jako muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides), lub gatunków z nim spokrewnionych, jak Amanita bisporigera (na wschodzie Ameryki Północnej) i Amanita ocreata (wybrzeże Pacyfiku). W Polsce muchomor zielonawy występuje pospolicie w lasach liściastych i mieszanych, a jego partnerem symbiotycznym jest dąb. Można go pomylić z jadalną gąską zielonką (Tricholoma equestre), bo oba grzyby mają blaszki pod kapeluszem i podobny kolor, ale tylko muchomor ma charakterystyczny pierścień na trzonie oraz pochwę, z której wyrasta owocnik. W Polsce ok. 50 osób rocznie umiera w wyniku zatrucia muchomorem zielonawym (Ryc.1).
Ryc. 1. Muchomor zielonawy (Amanita phalloides). Źródło: Wikpedia, Mushroom observer. Licencja CC BY 3.0.
Równie trujący jest muchomor jadowity (Amanita virosa). Różni się od muchomora zielonawego białym kolorem kapelusza, ale w Polsce jest bardzo rzadki, więc jest mała szansa, że ktoś na niego trafi i ugotuje.
Są jeszcze inne śmiertelnie trujące grzyby, ale nie przypominają znanych jadalnych gatunków. Tak więc głównym niebezpieczeństwem dla grzybiarzy jest muchomor zielonawy.
Co truje w muchomorze zielonawym?
Są w nim dwa rodzaje toksyn fallotoksyny i amatoksyny. Oba są cyklicznymi peptydami, z tym że fallotoksyny składają się z siedmiu reszt aminokwasowych, a amatoksyny z ośmiu. Amatoksyny są bardziej trujące: LD50 (dawka śmiertelna powodująca śmierć połowy badanych zwierząt) wynosi 0,1 mg/kg masy ciała dla amatoksyn i 2 mg/kg dla fallotoksyn. Mechanizm działania jest też różny: fallotoksyny wiążą się do F-aktyny, czyli polimerów aktyny w komórce. Amatoksyny hamują transkrypcję, czyli syntezę mRNA. I to właśnie one są przyczyną większości zgonów po zatruciu grzybami. Jest kilka rodzajów amatoksyn różniących się budową, ale w muchomorze zielonawym najwięcej jest α- i β-amanityny (Ryc. 2).
Ryc. 2. Struktura amatoksyn. Źródło: Barbarosa I et al., J. Phram. Biomed. Anal. 2023, 232: 115421. Licencja CC BY 4.0.
Jakie są objawy zatrucia amanityną?
Żeby spowodować śmierć dorosłego człowieka, wystarczy 7 mg amanityny. Przeciętny muchomor sromotnikowy może jej zawierać 15-30 mg, więc jednym grzybem może się zatruć kilkuosobowa rodzina. Pierwsze objawy mają miejsce się po 6-12 godzinach po zjedzeniu i są to zawroty głowy, wymioty i biegunka. Po tym okresie następuje pozorna poprawa trwająca 24 godziny, ale potem pojawia się żółtaczka (czyli żółte zabarwienie skóry), zaburzenia świadomości, śpiączka, zaburzenia w oddawaniu moczu, krwawe biegunki, uszkodzenie szpiku kostnego i serca. Ma też miejsce typowy dla uszkodzenia wątroby wzrost poziomu transaminaz (ALT/AST) i dehydrogenazy mleczanowej, także wydłużenie czasu protrombinowego, co ma związek z obniżeniem syntezy czynników krzepnięcia. Jeżeli chory nie otrzyma pomocy lekarskiej, śmierć następuje po kilku dniach.
Jaki jest mechanizm działania amanityny?
Toksyna wnika do komórek za pośrednictwem białka OATP1B3, które transportuje przez błonę komórkową rozpuszczalne cząsteczki organiczne (solute carrier organic anion transporter family member 1B3). Białko to przenosi przez błonę komórkową m.in. bilirubinę czy kwas cholowy, a jeżeli amanityna jest we krwi, przeniesie ją do wnętrza komórki. Tam amanityna wiążą się nieodwracalnie z polimerazą II RNA i hamuje transkrypcję. Proces ten polega na syntezie cząsteczki RNA w wyniku dodawania rybonukleotydów komplementarnych do deoksyrybonukletoydów na nici matrycowej DNA, i jest niezbędny, aby mogło powstać białko.
Polimeraza RNA II syntezuje RNA kodujące białka, czyli mRNA. W jej centrum aktywnym (czyli fragmencie odpowiedzialnym za aktywność enzymatyczną) znajdują się dwa ważne elementy: helisa mostkowa (bridge helix) i pętla cynglowa (trigger loop). W obecności jonu metalu (Mg2+) biorą one udział w przyłączaniu rybonukleotydów, czyli podjednostek tworzących RNA. Amanityna wiąże się do pętli cynglowej, zmieniając jej położenie wobec helisy mostkowej i uniemożliwiając w ten sposób syntezę RNA. Dotyczy to jednak tylko polimerazy RNA u kręgowców: enzymy innych gatunków mają inną budowę i nie są hamowane przez amanitynę. Dlatego muchomor syntezuje własne mRNA bez problemów; amanityna nie szkodzi też np. ślimakom (Ryc. 3).
Ryc. 3. Rola amanityny w hamowaniu polimerazy II RNA. Źródło: Liu X et al., J. Biol. Chem. 2018, 293: 7189-7194. Licencja CC BY 4.0.
A. Schemat syntezy RNA (rybonukleotydy w kolorze brązowym) na matrycy DNA (nić matrycowa: deoksyrybonukleotydy w kolorze granatowym; nić kodująca: kolor jasnoniebieski). Zaznaczono jon metalu (fioletowy), pętlę cynglową (bridge loop, kolor brązowy), helisę mostkową (bridge helix, kolor zielony) i amanitynę (kolor pomarańczowy).
B. Struktura kompleksu ludzkiej polimerazy RNA II w kompleksie z amanityną (C). Amanityna wiąże pętlę cynglową i helisę mostkową w polimerazie RNA II, co uniemożliwia przyłączenie kolejnego rybonukleotydu (kolor brązowy) do powstającej nici RNA. W wyniku tego synteza RNA ulega zatrzymaniu.
Zahamowanie transkrypcji powoduje obniżenie syntezy ważnych dla organizmu białek, takich jak enzymy wątrobowe czy czynniki krzepnięcia, co może prowadzić do zaburzeń w działaniu organizmu. Ale to nie te zmiany są przyczyną śmierci po spożyciu amanityny: toksyny jest za mało, żeby zahamować syntezę mRNA w całym organizmie. Natomiast zaburzenia w transkrypcji powodują uruchomienie mechanizmów apoptozy, czyli programowanej śmierci komórki, i to właśnie jest przyczyną toksyczności amanityny. Następuje ekspresja białka p53 i kilku innych białek związanych z apoptozą: skutkiem jest uwolnienie cytochromu c z mitochondriów, aktywacja kaspaz (enzymów degradujących białka) i śmierć komórki. Amanityny pośrednio generują też reaktywne formy tlenu powodujące stres oksydacyjny (pisałem o tym w tekście o niebezpieczeństwach związanych z jedzeniem bobu).
Można więc powiedzieć, że amanityna wprawdzie hamuje syntezę mRNA, ale to reakcja komórek na to zahamowanie powoduje fatalne skutki. Śmierć komórek w wyniku apoptozy daje opisane wyżej objawy zatrucia muchomorem zielonawym. Najbardziej narażona jest wątroba, ponieważ jej komórki mają najwięcej białek OATP1B3, które transportują amanitynę. Skutek jest fatalny: amanityna wnika do komórek wątroby i sieje zniszczenie (Ryc. 4).
Ryc. 4. Mechanizm działania α-amanityny. Toksyna po wniknięciu do komórki za pośrednictwem białka OATP1B3 wiąże się do centrum aktywnego polimerazy II RNA i hamuje jej działanie. Powoduje to aktywację białka p53 i uruchomienie apoptozy z uwolnieniem cytochromu c i aktywacją kaspaz. Powstają też reaktywne formy tlenu (ROS). Źródło: Barbarosa I et al., J. Phram. Biomed. Anal. 2023, 232: 115421. Licencja CC BY 4.0.
Co możemy zrobić w przypadku zatrucia muchomorem zielonawym?
Niewiele, ponieważ kiedy pojawiają się objawy, jest już przeważnie zbyt późno na interwencję (toksyna jest już w komórkach). Stosuje się wymianę płynów i elektrolitów, wymuszoną diurezę (czyli środki moczopędne), a także wlewy dożylne z sylibiny, która jest flawonoidowym związkiem pochodzącym z ostropestu plamistego (Silybum marianum) o działaniu przeciwzapalnym i przeciwutleniającym. Skuteczność tych zabiegów jest jednak niewielka. Śmiertelność w wyniku zatrucia wynosi ok. 50%.
Zieleń indocyjanowa jako antidotum na amanitynę?
W marcu 2023 r. autorzy artykułu opublikowanego w Nature Communications wykazali, że toksyczna aktywność amanityny w komórce zależy od N-glikozylacji, czyli przyłączania cukrów do białek. Okazało się, że jeden z enzymów biorących udział w tym procesie, znany pod skrótową nazwą STT3B (podjednostka kompleksu glikozylotransferazy dolichol-białko; dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit) jest niezbędny, aby amanityna mogła działać. Aktywność tego enzymu można zahamować za pomocą zieleni indocyjanowej, który jest fluorescencyjnym barwnikiem używanym od lat w diagnostyce medycznej. W badaniach na liniach komórkowych i myszach wykazano, że myszy przeżyją, jeżeli w ciągu ośmiu godzin od podania toksyny dostaną dożylnie zieleń indocyjanową. Rola glikozylacji w podatności na amanitynę jest tu trudna do wytłumaczenia, ale barwnik ten może być potencjalnym lekiem w przypadku zatrucia amanityną. Jest tylko jeden problem: objawy zatrucia amanityną pojawiają się najwcześniej po 6 godzinach i są dość łagodne. Wtedy można jeszcze interweniować. Przy poważnych objawach (36-48 godzin po spożyciu toksyny) jest już raczej za późno (Ryc. 5).
Nie ma więc dobrej terapii dla osób zatrutych amanityną. Jeżeli dojdzie do uszkodzenia wątroby – jedynym ratunkiem jest jej przeszczep.
Jak się nie zatruć?
Amanityny są stabilne termicznie, więc nie ma mowy o pozbyciu się ich w wyniku gotowania czy smażenia. Chyba najlepiej unikać grzybów z blaszkami, z wyjątkiem tych, które można łatwo rozpoznać, jak kurki czy rydze. W USA dostępny jest test do wykrywania amatoksyn. Ale nawet mając wynik ujemny chyba lepiej nie ryzykować. Jest wiele innych smacznych grzybów.
