Mozek a receptory látek v přírodě: Od pepřovníku opojného po zrak orla

Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, protože se nemůžou někam odběhnout, když je něco trápí. Nemají možnost schovat se do stínu, když je jim horko, přesunout se na místo, kde víc prší, nebo uhnout před zašlápnutím. Během milionů let evoluce rostliny vytvořily úžasnou paletu bioaktivních molekul, které jsou důležitým zdrojem chemických struktur pro vývoj nových léčiv.

Pepřovník opojný a jeho vliv na mozek

Je těžké vybrat jenom jeden druh rostliny, ale nejvíc mi asi přirostl k srdci pepřovník opojný. Jde o psychoaktivní rostlinu, která má příjemně uvolňující, relaxační účinky a pomáhá při úzkostech, stresu nebo nespavosti. Pochází z Polynésie, kde ji považují za posvátnou. Kava se připravuje z kořene pepřovníku a na rozdíl od kávy chutná dost odporně, trochu jako bahnitá voda. V její domovině se však bez tohoto nápoje neobejde žádná důležitá událost.

Účinky kavy jsou úplně opačné než účinky alkoholu. Zatímco po alkoholu jsou lidé hluční a rozjetí, kava navozuje velice klidnou atmosféru. Když si skupina lidí dá pár šálků, mluví stále tišeji, postupně tlumí světla a hudbu a po pár hodinách už spíše mlčí. Výzkumu pepřovníku jsem se intenzivně věnoval skoro pět let během postdoktorandské stáže na MIT v Bostonu. Přímo v naší laboratoři jsme pořádali několik kava seancí s průvodcem, který nám vysvětloval, jak ji správně pít. Její konzumace je totiž hotový ceremoniál, který se řídí mnoha pravidly. Ve skupině přátel ale účinkuje nejlépe.

Zvláštní je, že o tom, jak přesně rostlina působí na lidský mozek, ani o molekulách, které mají její psychoaktivní účinky na svědomí, se toho zatím moc neví. V Bostonu jsem si vzal pepřovník do parády a objevil geny, které jsou za jejich produkci zodpovědné. Pepřovník opojný roste jenom v tropech a za tu dlouhou dobu, co ho lidi kultivují, už ztratil schopnost se sám množit. Podobně jako například banány už to dokáže jen pomocí řízkování. V přírodě je ho málo, takže umět jeho pozoruhodné molekuly „vyrobit“ jinak se může hodit.

Vzácné molekuly a jejich syntéza

Organičtí chemici sice umějí spoustu zázraků, ale vzácné přírodní molekuly mají často tak složitou stereochemii, že je prakticky nemožné replikovat je za pomoci organické syntézy. Chemici je zkrátka vyrobit nedokážou. A takovým molekulám se věnuje moje laboratoř v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Lidé se s ním trávili už ve starověku. Obsahuje silně toxický alkaloid jménem akonitin, který však má i určité pozitivní účinky využitelné v medicíně. Tuto molekulu se dosud žádnému chemikovi nepodařilo syntetizovat, přestože se o to experti po celém světě dlouhá léta pokoušejí. Oměj ji přitom vyrábí jen z oxidu uhličitého a slunečního záření.

Čtěte také: Ohrožený mozek: Jak se chránit?

Další příklady rostlin a jejich účinků

Vezměte si třeba pryšec pryskyřičný z Maroka. Ten produkuje takzvaný resiniferatoxin, který se váže na lidský receptor bolesti. Působí podobně jako alkaloid kapsaicin, jenž může za pálivou chuť papriček. Jde o nejpálivější látku na světě. Dokáže se na receptor bolesti navázat tak silně, že ho vlastně vyřadí z provozu. Neurony, které registrují bolest, prostě přestanou fungovat a člověk ji najednou nevnímá. Vývoj analgetika z této látky pro případy těžkých chronických bolestí spojených třeba s rakovinou už je v USA v klinické fázi.

Například miraculin, což je protein obsažený v bobulích jednoho západoafrického keře. Umí se navázat na lidské chuťové buňky a změnit tím způsob, jakým registrují chuť. Kyselé jídlo tak člověku po požití miraculinu chutná sladce.

Hledání nových molekul a rostlinné geny

Vytvořit chemickou vazbu mezi uhlíkem a fluorem je energeticky velmi náročné. Proto na světě existuje jen pár druhů rostlin, které se to během evoluce naučily. Zvládají to například druhy Gastrolobium z Austrálie nebo jeden druh akácie. My se snažíme přijít na způsob, jakým příroda tuto vzácnou vazbu vytvořila a který enzym k tomu použila. Vycházíme většinou z informací z různých lidových léčitelských kronik. Nejprve musíme změřit její molekuly hmotnostním spektrometrem. Jde o komplikovaný a drahý přístroj, do kterého nastříknete nějaký vzorek, třeba extrakt z rostliny, a on vám ho zanalyzuje. Pokud narazíme na zajímavé molekuly a chceme zjistit, jak vznikají, zaměříme se na rostlinné geny. Pak tedy přichází na řadu sekvenování.

Zvířecí smysly a lidská inspirace

Člověk má tendenci měřit svět vlastními smysly, ale zvířata nevnímají svět lépe ani hůře, vnímají ho jinak. Každý z popsaných smyslových systémů ukazuje, že evoluce řeší problémy způsoby, které dalece přesahují lidskou představivost.

• Chobotnice: Osm autonomních chapadel. Nervový systém chobotnice je segmentovaný - každá přísavka má vlastní neurologickou mapu a odpovídající úsek nervové soustavy, který ji ovládá. Chapadla komunikují s centrálním mozkem selektivně - posílají nahoru pouze relevantní informace, zatímco rutinní rozhodnutí řeší autonomně.
• Psi: Laboratoř v čenichu. Psí nos obsahuje až 300 milionů čichových receptorů. Psi detekují pachy v extrémně nízkých koncentracích, řádově v biliontinách (parts per trillion) - pro představu to odpovídá jedné kapce parfému ve dvaceti olympijských bazénech.
• Sloni: Infrazvukoví inženýři. Sloni komunikují na frekvencích pod prahem lidského sluchu (řádově desítky hertzů a níže). Paciniho tělíska v jejich chodidlech detekují seismické vibrace - Rayleighovy vlny šířící se půdou a rozpoznávají kroky jednotlivých členů stáda.
• Hadi: Termální kamera v hlavě. Chřestýš vidí myš i v naprosté tmě díky speciálnímu orgánu, který detekuje infračervené záření. Membrána jámového orgánu funguje jako pyroelektrický materiál a převádí infračervené záření na nervové signály. Had tak vidí současně světlo i teplo - jako by měl v hlavě kameru s přepínáním denního a nočního režimu.
• Orli: Dvojité zaostření. Orel skalní dokáže zaznamenat kořist na velké vzdálenosti díky dvěma fovey v každém oku - jamky s nejvyšší koncentrací fotoreceptorů. Hlubší centrální fovea je spojena s vyšší ostrostí a detailním monokulárním viděním při lovu, mělká temporální fovea pomáhá s jiným režimem zaměření a zajišťuje širší zorné pole.
• Žraloci: Šestý smysl z roku 1678. Lorenziniho ampule detekují elektrická pole o síle 5 nV/cm (nanovoltů na centimetr). Žraloci využívají elektrorecepci k lokalizaci kořisti schované v písku, k navigaci podle magnetického pole Země i k vyhledávání partnerů.

Tabulka: Srovnání smyslových orgánů

Čtěte také: Mozek a amygdala: obranné mechanismy

Čtěte také: Důsledky znečištění ovzduší pro mozek

tags: #mozek #receptory #látky #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Průměrná míra recyklace v EU
• Životní prostředí: Nový pohled
• Služby skládky Suti Blansko
• Raci říční v ČR
• Recepty na tatarák: Inspirace pro každého