La Tetrodotossina

Questo ordine include animali come il pesce palla fahaka (Tetraodon fahaka), il pesce palla del Congo (Tetraodon miurus), e il pesce palla gigante (Tetraodon mbu). Pesci palla del genere Fugu (F. flavidus, F. poecilonotus, e F. niphobles); genere Arothron (A. nigropunctatus), genere Chelonodon (Chelonodon spp.), e Takifugu (Takifugu rubripes) possono anche immagazzinare TTX nei loro tessuti.

Cyclichthys spilostylus (Foto Roberto Sozzani)

Sono stati trovati altri organismi marini in grado di stoccare TTX: tra questi la seppia australiana ad anelli blu (Hapaloclaena maculosa, usa la TTX come tossina per catturare le prede), il pesce pappagallo, il pesce grilletto, il gobide, il pesce angelo, il merluzzo, il pesce scatola (Ostracion spp.), il pesce istrice, il pesce sole dell’oceano, alcune stelle marine, alcuni granchi (Eriphia spp., Carcinoscorpius rotundicauda, Zosimus aeneus e Atergatis floridus), alcune chiocciole marine, pesci piatti, siringhe di mare, vermi freccia (che usano la TTX come veleno per catturare prede), molluschi (Nassarius spp.), e alghe marine (Jania spp.).

Nassarius spp.

Alghe della specie Jania

Proprietà fisiologiche della TTX

La TTX è principalmente una potente neurotossina, nello specifico blocca i canali del sodio sulla superficie delle membrane nervose. La molecola consiste in un gruppo guanidico caricato positivamente (il risultante catione è stabilizzato – guardando il modello sottostante si nota il gruppo guanidico, il quale consiste in tre atomi di azoto (colorati in blu) – il quale da il nome a questa classe di neurotossina, tossine guanidiche) e un anello pirimidinico (colorato in rosso nell’immagine) con addizionato un ulteriore sistema di anelli (questi sistemi di anelli addizionali, i quali sono in totale 5, contengono gruppi idrossilici che dovrebbero sicuramente aiutare a stabilizzare il complesso TTX-canale del sodio legandolo all’interfaccia acquosa. Il legame tra la TTX e il canale del sodio è estremamente forte. La TTX mima il catione sodio (Na+), che passa nella bocca del complesso peptidico che forma il canale del sodio.
La tenacia della TTX verso il complesso che forma il canale del sodio è dimostrata dal tempo che la TTX occupa il posto preso al Na+. Il sodio ha una copertura del canale reversibile che si quantifica in una scala di tempo pari a un nano secondo, mentre la TTX permane nel canale del sodio per una scala di tempo pari a qualche decina di secondi. Con la massa della molecola di TTX viene negata al sodio l’opportunità di entrare nel canale, i movimenti del sodio sono effettivamente interrotti, e l’azione del potenziale lungo la membrana nervosa cessa. Un singolo milligrammo o meno di TTX, che si può trovare sulla estremità della pinna nei pesci velenosi, può uccidere una persona adulta.

Stadi della intossicazione e tossicità della TTX

· Il primo sintomo di una intossicazione da TTX è un leggero torpore alle labbra e alla lingua, che appare tra 20 minuti fino a 3 ore dopo aver mangiato pesci con TTX in corpo. Successivamente si avverte un incremento di una paresi in viso e alle estremità degli arti che possono essere seguiti da sensazioni di leggerezza corporea e giramenti di testa. Possono verificarsi nausee, diarree e/o vomito. Certe volte capita di avere difficoltà nel camminare.
· Il secondo stadio della intossicazione è una paralisi crescente. Molte vittime non sono in grado di muoversi, persino sedersi diventa difficoltoso e si avverte una respirazione dolorosa. Colpisce la proprietà di parlare e la vittima di solito mostra un respiro irregolare, mostra un colorito pallido e bassa pressione sanguigna.
· Incrementa la paralisi e possono svilupparsi sintomi convulsivi, squilibri mentali e aritmia cardiaca. La vittima rimane paralizzata e certe volte rimane cosciente e lucida mentalmente fino a pochi istanti prima della morte. La morte avviene di solito tra le 4 e 6 ore.

Dal 1974 al 1983 ci sono stati 646 casi che riportano ad una intossicazione da pesce palla con 179 vittime in Giappone. Si è stimato che annualmente si verificano 200 casi e circa il 50% sono mortali. Solo pochi casi sono stati riportati negli Stati Uniti; in paesi come l’indopacifico e l’Europa non si verificano episodi di intossicazione oppure sono veramente rari. La TXT è da 10 fino a 100 volte più pericolosa del veleno della vedova nera e di molti serpenti del sud est asiatico e più 10.000 volte più pericoloso del cianuro;
E’ da considerarsi una molecola resistente al calore perciò anche alimenti che hanno subito una cottura rimangono contaminati e quindi pericolosi per l’alimentazione (www.mondomarino.net).

 
Pesci istrice Cyclichthys spillostylus E Diodon liturosus (Foto Roberto Sozzani)

Biosintesi della TTX

La struttura della TTX fu descritta simultaneamente da un gruppo americano e due gruppi giapponesi nel 1964.
Nessuno ancora però ha ancora isolato gli enzimi responsabili della biosintesi della TTX, ma i ricercatori Kotaki e Shimizu hanno portato avanti uno schema di biosintesi riportando alcune fasi del procedimento biochimico; uno schema in cui si osserva un gruppo isopentenile-PP oppure uno zucchero adiposo uniti all’aminoacido arginino. Questo è un chiaro esempio biochimico da cui semplici materiali di partenza possono essere uniti a formare composti complessi come la TTX.

 
Pesce palla Arothron diadematus (Foto Roberto Sozzani)

Origini biologiche della TTX

Recenti ricerche condotte negli USA dalla “US Food and Drug Administration” e altri organi hanno dimostrato chiare evidenze dalle origine batteriologiche della TTX.
1. Il pesce palla cresciuto in allevamento non produce TTX fino a quando non viene alimentato con tessuti di altri pesci che producono TTX;
2. Il polipo dagli anelli blu che si trova nelle acque australiane accumula TTX in una speciale ghiandola salivare e inietta la tossina alle prede attraverso il suo morso. Questo polipo contiene batteri che producono TTX;
3. Granchi delle stesse acque contengono TTX e tossine paralizzanti dei molluschi.

Ora è chiaro che i batteri marini convivono in simbiosi con gli animali marini. Il pesce palla, milioni di anni fa, prese un vantaggio di incorrere in una mutazione puntiforme per i recettori del canale del sodio il quale rese questo pesce immune agli effetti della TTX; adesso è conosciuto che la TTX e altre tossine sono sintetizzate da molte specie batteriche includenti la famiglia delle vibrionaceae, pseudomonas, photobacterium. Pascolatori erbivori come invertebrati e vertebrati marini accumulando questi batteri ricevono una protezione dalle biotossine marine.

Ricerche correnti delle origini biologiche della TTX

Da una ricerca del Prof. Anderson dell’Università di Santa Barbara in California:
“Di particolare interesse sono i canali del sodio nella medusa e alcuni platelminti. Nelle meduse si è dimostrato che le correnti del sodio sono del tutto insensibili alla potente TTX, invece nei vermi piatti, che sono spesso considerati parenti stretti degli cnidari come le meduse, si sono riportate intolleranze alla TTX. Ora si stanno usando tecniche di clonazione molecolare per identificare i cambiamenti strutturali che accompagnano l’evoluzione dei recettori per la TTX. Si sono già prodotti in via sperimentale canali del sodio da meduse e si conosce parzialmente la sequenza dei canali del sodio dei vermi piatti. La sequenza aminoacidica dei canali del sodio delle meduse è simile a quella dei mammiferi, nonostante si siano separati dalla linea evolutiva miliardi di anni fa. Questa somiglianza identifica il fatto che ci sono molte costrizioni per seguire questa linea evolutiva dei canali del sodio; costrizioni che dovrebbero aiutare l’uomo a identificare le basi strutturali della TTX.

L’evoluzione in simbiosi

Una associazione tra batteri che producono TTX e organismi superiori sembra dare chiari vantaggi per entrambi. I batteri hanno un posto sicuro per vivere, mangiare e riprodursi. L’ospite usa le tossine batteriche per la predazione o la difesa o entrambi. I vermi fettuccia, vermi freccia e polipi degli anelli blu usano la TTX come un potente veleno per assicurarsi la preda, ma per i polipi, è anche usato come una effettiva difesa. Il pesce palla tigre giapponese (Fugu rubripes) è stato soggetto di uno studio genetico intensivo. Una singola mutazione puntiforme nella sequenza aminoacidica del canale del sodio in questa specie, lo rende immune dal legame e l’ostruzione dei canali del sodio da parte della TTX. Cambiando la sequenza aminoacidica di qualche proteina si altera la sua struttura e quindi la sua funzione. Nella popolazione animale avvengono abbastanza mutazioni da sempre. Il più delle volte dalle mutazioni si hanno degli effetti neutrali o svantaggi, ma occasionalmente una mutazione può presentarsi come un effettivo vantaggio. Nel caso del Fugu rubripes, un piccolo cambiamento consente al pesce di incorporare i batteri che producono TTX nei suoi tessuti e usare le loro tossine prodotte per avere alcuni vantaggi.

E’ interessante notare che la TTX e altri veleni come la saxitonina dei pesci mima molecole di altro genere. Sono entrambe potenti inibitori delle funzioni del canale del sodio, entrambe si legano allo stesso modo nel complesso proteico che si trova all’entrata del canale del sodio ed entrambi producono risposte fisiologiche simili. La molecola serve come un esempio eccellente di una evoluzione biochimica convergente, saxitonina prodotta dai cianobatteri marini e la TTX dai procarioti marini.