Circa 500 alcaloidi sono stati ritrovati nella pelle delle rane della famiglia Dendrobatidae.
Sembra che siano immagazzinati, senza rimaneggiamenti, nelle ghiandole epidermiche delle rane a partire da alcaloidi contenuti in alcuni artropodi. Formiche, coleotteri e millepiedi sembrano essere l’origine delle decaidroquinoline, di alcune izidine, coccinelline e spiropirrolizidina ossime.
Tuttavia l’origine alimentare del principale gruppo di questi alcaloidi cutanei (pumiliotossine, allopumiliotossine e homopumiliotossine), sembra essere un mistero. Cercando di rivelare negli artropodi l’origine delle pumiliotossine, numerosi e piccoli artropodi sono stati catturati in diversi siti di Panama, dove si sapeva che le Dendrobates avevano livelli di pumiliotossine molto alti.
Gli artropodi catturati (più di 20 taxa) contenevano PTX (pumiliotossina) 307 A e/o PTX 323 B. Oltre a ciò contenevano 5,8-disostituto indolizidina (205 A o 235 B), rappresentanti un’altra classe di alcaloidi precedentemente sconosciuta negli artropodi.
L’alcaloide contenuto nelle formiche, decaidroquinolina 195 A, è stato trovato nei differenti campioni dei vari siti. Questo studio dimostra che ulteriori campionamenti e analisi di singoli taxa di artropodi che vivono nella lettiera potrebbero portare alla scoperta dei precisi taxa da cui originano questi alcaloidi (PTXs, alloPTXs, 5,8 disostituto indolizidina).

John W. Daly”

Cacciatori di veleno.

La famiglia Dendrobatidae attualmente consta di meno di 200 specie e ben oltre 100 di queste specie appartengono a generi non tossici, come Colostethus.
E’ dimostrato che il genere Dendrobates è tossico, ma non è considerato letale. In effetti solo tre specie di rane sulle cinque del genere Phyllobates sono usate per avvelenare le frecce. L’utilizzo è limitato a tribù colombiane dell’ovest, mentre le altre tribù utilizzano veleni curarici estratti dalle piante del genere Strychnos. Nelle ultime decadi circa 500 molecole sono state isolate dai dendrobatidi, e sono molecole appartenenti al gruppo degli alcaloidi (solitamente di origine vegetale) che contengono anelli azotati. Gli alcaloidi solitamente hanno effetti potenti allorché somministrati agli animali (nicotina, cocaina, morfina, stricnina sono alcuni esempi).
Gli studi cominciarono nel 1960 ad opera del dottor Bernhard Witkop e furono seguiti da successive ricerche, primariamente del dottor Joh W. Daly e colleghi dell’Istituto Nazionale per la Salute. Il lavoro iniziò con la scoperta della batracotossina in Phyllobates bicolor e P. aurotaenia e rapidamente si estese ad includere numerose delle principali classi degli alcaloidi dei dendrobatidi. Attualmente esistono 22 classi strutturali che sono basate sul numero degli anelli, sul posizionamento dell’atomo di azoto, e su altri composti chimici, come la presenza e il numero di gruppi ossidrile, metile o catene laterali. Cinque di queste 22 sono considerate classi principali e sono batrachotossine, pumiliotossine, histrionicotossine, indolizidine e decaidroquinoline. Alcune classi presentano come costituenti alcaloidi che possono essere ampiamente diffusi nei dendrobatidi. Altri possono essere limitati in varietà, ad esempio dal punto di vista stereochimico o per la frequenza.
Le batrachotossine sono altamente tossiche e possono essere rinvenute nel genere Phyllobates e stranamente in un genere di uccelli –Pitohui- proveniente dalla Nuova Guinea.
La pumiliotossina e le sue sottoclassi sono altresì tossiche e capaci, in dosi sufficienti, di causare il decesso di mammiferi.
Le indolizidine e le decaidroquinoline causano difficoltà locomotorie nei topi benché le istrionicotossine richiedano dosi decisamente più elevate per causare una sintomatologia analoga.

Fisiologia dei vertebrati e meccanismo d’azione delle varie tossine

Per il completo utilizzo di queste immense risorse farmacologiche, ogni rana può contenere dozzine di tossine. Inizialmente si pensava che le rane sintetizzassero completamente da sé questi alcaloidi, o per lo meno a partire da alcuni precursori enzimatici. Furono poi scoperte ghiandole granulari e la loro struttura in numerose specie di dendrobatidi; fu quindi ipotizzato che queste ghiandole potessero contenere gli enzimi per sintetizzare le tossine. Negli anni la ricerca sul veleno pose una serie di questioni che eludevano questa teoria: le Phyllobates terribilis di cattura, stabulate in terrario, presentavano livelli molto alti di batrachotossina nei sei anni successivi. Quelle nate in cattività da genitori di cattura non possedevano batrachotossine nella loro pelle! Il fatto che, nonostante il lungo periodo di gestione in cattività, gli animali di cattura si mostrassero ancora tossici, sembrava avallare l’ipotesi che le tossine fossero sintetizzate dalle rane stesse. Ma come spiegare che la progenie non presentava tossicità alcuna? Era inoltre conosciuta la variabilità, in termini di tossicità, di differenti popolazioni di dendrobatidi della stessa specie. Daly studiò varie popolazioni di Dendrobates auratus da Panama a Costa Rica, rilevando differenti profili chimici; analizzò quindi una popolazione di Dendrobates auratus introdotta nelle Hawaii nel 1932 e rilevò un enorme divergenza nel profilo di questa popolazione rispetto al supposto gruppo fondatore, a Panama. La popolazione hawaiana infatti era priva di numerosi alcaloidi, presenti invece nella popolazione originaria. Successivi studi fallirono nel dimostrare la presenza di alcaloidi in animali allevati in cattività.
A cominciare dai primi anni ’90 si cominciò a pensare a componenti dietetiche. Daly nutrì le Drosophila spolverandole con alcaloidi estratti dalla pelle di rane di cattura e dimostrò che tali molecole venivano in seguito ritrovate nella pelle di animali stabulati dei generi Dendrobates, Epipedobates, Phyllobates. Gli alcaloidi inoltre non venivano ritrovati in organi interni o tessuti. Oltre a ciò il genere Colostethus non assorbì le tossine, essendone infatti privo anche in natura!
Questi studi consentirono di spiegare il perché gli animali di cattura potessero conservarsi tossici per così lungo tempo e dimostrò che le rane erano immuni a tossine pericolose per altri animali.
A questo punto si pensò che l’origine del veleno fosse da imputare ad abitudini dietetiche. Molti degli alcaloidi minori dei dendrobatidi furono scoperti in formiche, coleotteri e millepiedi ma nessuna delle principali classi fu ritrovata in queste prede. Daly suppose che le rane assumessero dei precursori e provvedessero da sé all’ulteriore sintesi delle tossine e provò a catturare ed allevare dei girini selvatici di Dendrobates auratus di Panama. I neometamorfosati furono divisi in due gruppi e nutriti con artropodi catturati nella lettiera di foglie o con Drosophila attere. A seguito del sacrificio delle rane si rilevò che gli animali nutriti con gli artropodi di cattura presentavano significanti quantitativi di alcaloidi rispetto a quelle nutrite con Drosophila attere, che non ne presentavano alcuno. Curiosamente il profilo chimico delle rane era associabile a quello che possedevano le rane selvatiche della regione da cui provenivano gli insetti usati come pasto.

John W. Daly †; Tetsuo Kaneko; Jason William; H. Martin Garraffo; Thomas F. Spande (Laboratorio di chimica bioorganica, istituto nazionale del diabete e delle malattie digestive e ranali, Istituto nazionale della salute, Bethesda, MD 20892).
Alex Espinosa (Ciflorpan, Università di Panama, Panama, Repubblica di Panama).
Maureen A. Donnelly (Dipartimento di Scienze Biologiche, Università Internazionale della Florida, Miami, FL 33199).