Vesinokkaeläimen myrkky

Vesinokkaeläimen myrkky on vesinokkaeläimellä (Ornithorhynchus anatinus) esiintyvä erilaisten aineiden myrkyllinen seos. Seoksen pääkomponentit ovat defensiiniä muistuttavat peptidit (DLP), C-tyypin natriureettiset peptidit (CNP) ja hermokasvutekijät (NGF). Vesinokkaeläimen myrkky on kehittynyt itsenäisesti erillään matelijoiden myrkyn kehityksestä. Vesinokkaeläimen myrkyn tutkiminen on ollut hankalaa verrattuna monien muiden myrkkyjen tutkimiseen. Tämä sen vuoksi, että myrkyn saatavuudessa on ollut vaikeuksia.

Myrkyn tuottaminen ja käyttö

Myrkkyä tuottavat rauhaset ovat kehittyneet hikirauhasista ja sijaitsevat uroksen takaraajojen polven ja jalkaterän välissä. Munuaisenmuotoiset rauhaset liittyvät molemmissa takajaloissa ohutseinäisellä tiehyillä kantaluun kannukseen. Naarasvesinokkaeläimillä on nokkasiilien tapaan kehittymättömät kannusnuput, jotka katoavat ennen ensimmäisen elinvuoden loppua. Naarailla ei ole toimivia myrkkyrauhasia.
Myrkyttämistä varten uros kohottaa myrkkykannuksen ja kietoo takajalkansa uhrin ympärille. Se painaa myrkkykannuksen ihoa vasten ja ruiskuttaa muutaman millilitran myrkkynestettä ihon alle toistuvilla pistoksilla. Kannus on vahvatekoinen ja kestää suuren kuormituksen kun eläin roikkuu uhrissaan kiinni. Eläimen irrottamiseksi tarvitaan yleensä apuvoimia.
Hyökkäyksen uhriksi on joutunut tyypillisesti kalastajia, biologeja ja eläintenhoitajia, mutta myrkytystapaukset eivät ole kovin yleisiä. Tähän mennessä myrkytyksen seurauksena ei ole tiettävästi kuollut ihmisiä, mutta pienempiä eläimiä kuten metsästyskoiria tiedetään kuolleen niiden noudettua vesinokkaeläimiä.

Myrkyn biologinen tehtävä

Vesinokkaeläimen myrkky on ainoa tunnettu uhriin ruiskutettava nisäkkään tuottama myrkky. Vesinokkaeläimen myrkyn ei uskota olevan saalistamista varten, sillä myrkkyruisku puuttuu naaraspuolisilta eläimiltä. Samaa tukee myrkkyruiskun sijainti takaraajassa sen sijaan, että se sijaitsisi suussa. Vesinokkaeläimen myrkky on myös suhteellisen vaaratonta verrattuna myrkyllä saalistaviin käärmeisiin. Onkin ehdotettu, että myrkyn tehtävänä olisi lähinnä lamauttaa vihollinen ja torjua hyökkäykset ilman pysyvää haittaa. Tähän viittaa myös se, että vesinokkaeläimen myrkyllä ei ole uhrin kudoksia hajottavaa ominaisuutta päinvastoin kuin käärmeenmyrkyillä. Myrkkyä ei erity ympäri vuoden vaan ainoastaan vesinokkaeläinten pariutumisaikaan. Viimeisimpien tutkimusten mukaan myrkkyä pidetään lisääntymiseen liittyvänä kilpailutekijänä vesinokkaeläinurosten välillä. Lisääntymiskautena myrkkyä saaneet urokset halvaantuvat takaraajoistaan, mutta vaikutus on väliaikainen ja myrkkykannuksen tekemät haavat parantuvat.

Myrkytysoireet

Vesinokkaeläimen aiheuttamia dokumentoituja myrkytystapauksia tunnetaan muutamia. Näiden perusteella tiedetään, millaisia oireita myrkytyksestä seuraa. Näitä ovat turvotus; pitkäkestoinen ja sietämättömäksi kuvailtu kipu, joka ei helpotu tavanomaisilla kipulääkkeillä morfiini mukaan luettuna; pahoinvointi; vilunväreet; imusolmukkeiden turvotus; nopea verisolujen laskeutuminen ja matala proteiinin ja albumiinin pitoisuus seerumissa.
Varhaisissa eläinkokeissa kaniineilla vesinokkaeläimen myrkyn raportoitiin pudottavan verenpainetta, aiheuttavan verenpurkaumia ja kuoleman. Lisätutkimuksissa havaittiin lievää proteolyyttista aktiivisuutta, histamiinin vapautumista sekä ihon anafylaksia laboratorioeläimillä. In vitro -tutkimusten mukaan myrkky rentouttaa sileitä lihaksia ja aiheuttaa proteolyysia sekä vähäistä punasolujen hajoamista. Koe-eläimissä myrkky saa aikaan turvotusta, hermopäätteiden polttelua ja kipua.

Defensiinin kaltaiset peptidit

Vesinokkaeläimen myrkystä on eristetty useita defensiinin kaltaisia peptidejä (DLP). Näille peptideille on tyypillistä, että niiden aminohappojärjestys on ainutkertainen, eikä tertiaarisella rakenteella ole yhtäläisyyksiä muihin tunnettuihin peptideihin. Vaikka DLP:t ovat läsnä vesinokkaeläimen myrkyssä merkittävässä määrin, niiden biologisesta roolista on vain vähän tietoa. Yhdisteillä ei ole antimikrobiaalista, lihaksia vaurioittavia tai solujen kasvuun vaikuttavia ominaisuuksia.
DLP-ryhmään kuuluva DLP-1 koostuu 42 aminohaposta. Tätä peptidiä on valmistettu myös keinotekoisesti. Huolimatta vähäisestä yhtäläisyyksistä aminohappojen järjestyksessä DLP-1 kolmiulotteinen muoto muistuttaa paljon beta-defensiiniä 12, joka on nautaeläimistä eristetty antimikrobinen aine. Tästä poiketen DLP-1:llä ei kuitenkaan ole antimikrobisia ominaisuuksia. DLP-2 muistuttaa aminohappojärjestykseltään DLP-1 vain 36 %. Tästä huolimatta näiden laskostuminen on suhteellisen samanlaista. Tämä johtuu siitä, että näissä molekyyleissä laskostumiseen vaikuttavat kohdat ovat samankaltaisia.

C-tyypin natriureettiset peptidit

Vesinokkaeläimen C-tyypin natriureettisilla peptideillä (CNP) on rakenteellisesti läheisiä vastineita muilla nisäkkäillä. Peptidit koostuvat 39 aminohappotähteestä ja ne ovat fysiologisesti aktiivisia. Niiden tiedetään rentouttavan rotalla sileitä lihaksia, saavan aikaan kudosturvotusta ja mast-soluissa histamiinin vapautumista. Ne voivat myös muodostaa ionikanavia solujen lipidikalvoille. C-tyypin natriureettisilla peptideillä on kaksi muotoa, CNPa ja CNPb. Ne ovat identtisiä aminohappojärjestykseltään, mutta käyttäytyvät eri tavoin HPLC-analyysissa.

Hermokasvutekijä

Hermokasvutekijä (NGF) on yleinen ainesosa käärmeenmyrkyissä. NGF stimuloi uhrissa erityyppisiä soluja ja herkistää niitä toksisille vaikutuksille. Hermokasvutekijä löytyy myös vesinokkaeläimen myrkystä. Sen molekyylikoko on 13 kDa ja kyseinen molekyyli käyttäytyy käänteisfaasi-HPLC-analyysissa DLP-3 tavoin, mikä on antanut aihetta olettaa, että aineilla olisi yhteisvaikutus. Tällöin ne toimisivat yhdessä aiheuttaen uhrille erityisen voimakasta kipua, mikä on tyypillinen myrkytysoire. Muista yhteyksistä hermokasvutekijän tiedetään kykenevän aiheuttamaan ihmiselle hyperalgesian, joka tarkoittaa kipuarkuutta ja alentunutta kipukynnystä.

Heptapeptidi 1

Vesinokkaeläimen myrkyn on osoitettu aiheuttavan kalsiumionien vuotoa neuroblastoomasoluissa ja vaikutusmekanismi on jäljitetty heptapeptidi-1:n aiheuttamaksi. Heptapeptidi 1:n aminohappojärjestys ja rakenne on H-His-Asp-His-Pro-Asn-Pro-Arg-OH. Aineen pitoisuus myrkkyseoksessa on merkittävä, noin 200 ng/μl. Ainetta pidetään yhtenä vaihtoehtona kipuoireiden pääaiheuttajaksi myrkytystapauksissa.

Peptidi-isomeraasi

Peptidi-isomeraasin löytyminen vesinokkaeläimen myrkystä 2005 oli ensimmäinen kerta, kun sellainen löydettiin nisäkkään myrkystä. Sen löytyminen osattiin ennustaa, koska useat myrkkykomponentit esiintyivät eri isomeerisissa muodoissa, vaikka aminohappojärjestys oli sama. Tällainen erilaisten muotojen esiintyminen vaatii peptidi-isomeraasin läsnäoloa. Isomeraasin tehtävänä on muuttaa peptidimolekyylit sellaiseen muotoon, jossa niiden potenttius on suurimmillaan. Tämä tapahtuu esimerkiksi DLP-4 konvertoinnissa DLP-2 -muotoon. Isomeraasi on kooltaan 50-60 kDa, ja sen toimintaa inhiboi peptidaasi-inhibiittori amastatiini.

Hyaluronidaasi

Vesinokkaeläimen myrkystä on löydetty hyaluronidaasia. Hyaluronidaasi on entsyymi, jonka tehtävä myrkkyseoksessa on edistää myrkyn tunkeutumista kudoksiin. Aine muuttaa kudosten hyaluronihappoa läpäisevämpään muotoon, jolloin nesteet voivat liikkua vapaammin kudoksiin.