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Enrico Bucci

Quanto ci piace il veleno del pesce palla

Mangereste un piatto preparato da un cuoco sapendo che, se questi ha sbagliato, potrebbe uccidervi nel più orribile dei modi: per soffocamento?

Anche se può sembrare controintuitivo in presenza della varietà e abbondanza di risorse alimentari di cui disponiamo, questo è quello che accade ancora oggi in un punto specifico del globo.

Nelle coste del Giappone occidentale, la tradizione di consumare pesci palla molto velenosi risale a migliaia di anni fa. Resti scheletrici attribuibili a pesci palla sono stati rinvenuti in depositi di conchiglie risalenti al periodo Jōmon, a testimonianza che già allora le popolazioni costiere mangiavano quel pesce, il fugu. Il suo consumo si affermò molto prima come necessità alimentare che come specialità gastronomica. I pesci palla abbondavano, e le comunità di pescatori, vivendo di ciò che il mare offriva, impararono presto a distinguerne le specie, a riconoscerne la stagionalità della tossicità e a identificare gli organi pericolosi. Questa conoscenza nacque da osservazioni ripetute per generazioni: quali pesci erano sicuri in primavera, quali andavano evitati durante la riproduzione, quali parti potevano essere consumate e quali scartate. Naturalmente, in assenza di necessità e per preservare, per esempio, i samurai, durante il periodo Edo alcuni domini vietarono il consumo di fugu dopo episodi fatali nella propria élite; altri però continuarono a prepararlo.

Nelle regioni occidentali ove si era sviluppata la tradizione – dove l’influenza del governo centrale era minore e la pesca più diretta – si mantennero tradizioni locali, e i cuochi svilupparono un sapere empirico molto raffinato. Erano in grado di distinguere specie diverse, riconoscere la maturità sessuale, valutare la stagionalità e individuare le parti anatomiche da cui proveniva il pericolo: fegato, gonadi, intestino, pelle, occhi. Nel tempo la preparazione del fugu si consolidò come una vera e propria arte: il taglio era chirurgico, i coltelli affilati e sottili, il rispetto delle linee anatomiche era fondamentale. Il piatto più celebre divenne il sashimi: fettine crude sottilissime disposte a formare un crisantemo sul piatto, presentate come fragili gemme traslucide.

In altre preparazioni, come il fugu-nabe (stufato) o il kara-age (fritto leggero), i cuochi continuavano a scegliere con cura solo parti del muscolo meno a rischio: la plastica crudezza del rito gastronomico coincideva con una selezione anatomica, imperfetta ma sufficientemente sicura se eseguita con competenza.

Questo rapporto tra rischio e abilità tecnica, tra pericolo potenziale e sapere empirico, fece del fugu un piatto per pochi. Il prestigio del cuoco, la fiducia del cliente, il valore della tradizione – tutto si intrecciava in un rituale gastronomico che non aveva uguali. Nel Giappone moderno, dopo molti incidenti e numerosi decessi, la preparazione del fugu è stata rigorosamente regolamentata: dal 1958 per servire fugu è necessario ottenere una licenza (fugu-chorishi menkyo), superando esami scritti e pratici che includono il riconoscimento di decine di specie, la conoscenza delle parti tossiche, e una prova di taglio che garantisca la sicurezza della carne servita.

Con il passare del tempo, dunque, la gestione di un alimento che poteva risultare mortale divenne un tratto identitario delle comunità che lo sapevano trattare. La perizia nella preparazione del fugu era considerata una forma concreta di superiorità tecnica: la capacità di trasformare un veleno in cibo. Quando, nel XX secolo, come si è detto lo stato introdusse norme severe per la preparazione del pesce palla – licenze, esami pratici su decine di specie, dissezioni supervisionate, regole precise sullo smaltimento degli scarti tossici – questo sapere tradizionale trovò una codificazione istituzionale. 

Il fugu è quindi diventato, da risorsa estrema di popolazioni affamate, un simbolo culturale. Non un piatto cercato per il rischio, ma il risultato di una disciplina tecnica che incarna l’idea di controllo, attenzione e responsabilità. In molte aree del Giappone, mangiare fugu significa riconoscere la competenza di chi lo prepara, e allo stesso tempo riconoscere sé stessi come parte di una comunità che ha saputo integrare un pericolo reale all’interno di una pratica regolata. È un gesto che richiama la capacità umana di affrontare ciò che è potenzialmente letale non con la temerarietà inconsulta, ma con precisione e conoscenza. 

Le domande che accompagnano ogni pasto di fugu sono implicite: quanto rischio si è disposti a correre, quanta fiducia riporre in mani esperte, quanto valore dare a un’esperienza gastronomica che unisce delicatezza, pericolo e competenza.

Ma vi è un’altra domanda, che per lungo tempo ha attraversato la mente degli esperti, dei tecnici e dei medici: qual è la sostanza che rende così pericoloso mangiare questo pesce? La biologia che sta dietro a tutto questo emerse solo con la scoperta della tossina responsabile: la tetrodotossina. La sua individuazione fu il risultato di decenni di ricerca. 

Già alla fine dell’Ottocento i medici giapponesi avevano raccolto centinaia di casi clinici di avvelenamento da pesce palla e attribuivano la causa a una “sostanza idrosolubile presente soprattutto nelle gonadi”. Ma nessuno sapeva che cosa fosse. Tutte le estrazioni producevano miscele complesse: mancavano ancora tecniche adeguate per separare molecole simili tra loro in quantità molto piccole.

Nel 1909 Yoshizumi Tahara, chimico dell’Università Imperiale di Tokyo, riuscì a compiere un primo passo decisivo. Lavorando su ovarî di Takifugu rubripes, il pesce palla usato nel fugu, eseguì una serie di estrazioni con acqua e alcoli leggeri, seguite da precipitazioni successive che eliminavano proteine e lipidi. Alla fine, ottenne una frazione che conservava integralmente la tossicità originale. Non era ancora una molecola definita: era un estratto attivo, ma più puro dei precedenti, e sufficiente per dimostrare che la tossina era piccola, stabile al calore e solubile in acqua. Questo permise di escludere che fosse una proteina o un peptide, e costituì il primo indizio chimico concreto.

Per decenni la ricerca avanzò lentamente. I laboratori giapponesi – in particolare quelli di Tsukamoto, Kodama e Takahashi – perfezionarono metodi di purificazione utilizzando carbone attivo, scambi ionici e cristallizzazioni ripetute. Ogni passaggio eliminava una parte delle impurità, ma la quantità di materiale di partenza era talmente limitata che molti tentativi si concludevano senza prodotto finale. Nel frattempo, gruppi statunitensi e giapponesi cominciarono a scambiare campioni e protocolli, cosa rara all’epoca.

La svolta avvenne negli anni Cinquanta. Alla Università di Tokyo, Tetsuo Noguchi e colleghi iniziarono a usare una tecnica ancora poco diffusa: la cromatografia a scambio ionico su resine sintetiche, che separa le molecole sulla base della carica elettrica. La tetrodotossina aderiva fortemente alla resina e poteva essere distaccata solo con gradienti controllati di soluzioni basiche. Ciò permise di ottenere frazioni sempre più concentrate della tossina, fino a ottenere cristalli incolore-trasparenti, descritti nel 1950 da Tsujimoto e Kimura.

Il passo successivo fu l’identificazione strutturale. Fra il 1957 e il 1964, gruppi di ricerca giapponesi (particolarmente quelli di Tsunemasa Oba e Kimio Tsuda) e il laboratorio di Robert B. Woodward a Harvard – lo stesso Woodward che in quegli anni sviluppava metodi rivoluzionari per la determinazione strutturale di molecole organiche complesse – unirono tecniche diverse per ricostruire la struttura della molecola. La quantità disponibile era così scarsa che non si potevano usare metodi spettroscopici avanzati come la risonanza magnetica nucleare, che stava emergendo. Si ricorse quindi a metodi classici ma estremamente ingegnosi: degradazioni chimiche progressive, ossidazioni controllate, apertura selettiva degli anelli, seguite da analisi elementare e misure di rotazione ottica. Ogni passaggio svelava un frammento della molecola.

Nel 1964 venne finalmente proposta la struttura completa. I risultati furono poi confermati da sintesi degradative e, negli anni Settanta, dalle prime misure spettroscopiche ad alta risoluzione, quando furono finalmente disponibili quantità sufficienti per applicare la NMR moderna. La struttura proposta negli anni Sessanta risultò corretta in ogni dettaglio essenziale.

Questa ricostruzione – lunga, frammentaria, fatta di un numero enorme di tentativi – è un caso di studio esemplare della chimica del Novecento: un lavoro condotto in parallelo e spesso in isolamento da laboratori giapponesi e americani, senza strumenti sofisticati, su quantità minime di materiale, facendo affidamento alla capacità di “leggere” una molecola attraverso ciò che rimane dei suoi frammenti quando la si demolisce con reazioni controllate.

E dunque, come è fatta la tetrodotossina, e cosa possiamo dedurre dalla sua struttura chimica? 

La tetrodotossina è una molecola piccola, che al centro contiene un gruppo chimico chiamato guanidinico, formato da un atomo di carbonio legato a tre atomi di azoto. In acqua questo gruppo acquista facilmente un protone, una carica positiva stabile. Questa carica è importante perché determina quali proteine la molecola può incontrare e legare. Attorno a questo nucleo centrale si trova una struttura rigida fatta di più anelli uniti tra loro. Quando una molecola contiene molti anelli fusi, non può piegarsi o cambiare forma liberamente. La tetrodotossina ha quindi una geometria quasi fissa: mantiene sempre la stessa disposizione nello spazio. 

Sulla superficie di questa gabbia rigida sono distribuiti diversi gruppi ossidrilici, piccoli frammenti composti da un atomo di ossigeno legato a un idrogeno (–OH). Questi gruppi stabiliscono legami deboli e temporanei con l’acqua e con le superfici delle proteine, rendendo la molecola molto solubile e capace di interagire in modo preciso con siti specifici.

L’insieme di questi elementi – una carica positiva stabile, una forma rigida che non cambia e una superficie ricca di gruppi capaci di legarsi all’acqua – fa sì che la tetrodotossina si comporti come una chiave adatta a un’unica serratura biologica: il poro di proteine speciali, i cosiddetti canali ionici, che consentono alle cellule di scambiare ioni come il sodio con l’ambiente esterno.

Infatti, ben presto la neurofisiologia dimostrò che l’azione velenosa della tetrodotossina si attua proprio colpendo i canali del sodio voltaggio-dipendenti. 

Per capire come, dobbiamo fare un passo indietro, descrivendo in breve come funzionano i nostri neuroni e i nostri muscoli.

Le cellule nervose e muscolari comunicano e lavorano grazie al trasferimento di particelle cariche, chiamate ioni, attraverso la loro membrana. Fra questi ioni, il sodio è uno dei più importanti. A riposo, la membrana di una cellula tiene fuori quasi tutti gli ioni sodio, mantenendo una differenza di carica tra interno ed esterno. Quando arriva uno stimolo, un neurone deve lasciar entrare improvvisamente il sodio: questo ingresso rapido cambia il voltaggio della membrana e genera un impulso elettrico. Questo impulso si chiama potenziale d’azione. È il segnale con cui un neurone comunica con gli altri neuroni, ed è anche il segnale che, nelle cellule muscolari, porta alla contrazione.

Il passaggio degli ioni sodio non avviene attraverso buchi casuali della membrana cellulare, ma attraverso proteine specializzate chiamate canali del sodio voltaggio-dipendenti. Sono proteine che attraversano la membrana e formano un poro centrale. Questo poro si apre e si chiude in risposta a variazioni del potenziale elettrico: quando la membrana si depolarizza oltre una certa soglia, il canale si apre e il sodio entra; dopo pochi millisecondi si richiude, e la cellula torna al suo stato iniziale. La precisione di questo meccanismo permette agli impulsi nervosi di viaggiare in modo rapido e ordinato lungo i nervi e di attivare i muscoli al momento giusto.

La tetrodotossina interviene esattamente su questo punto. La molecola si lega alla parte esterna del canale del sodio, nella zona che precede il poro vero e proprio, dove normalmente passano gli ioni. Il suo gruppo guanidinico, carico positivamente, viene attratto da gruppi amminoacidici carichi negativamente che si trovano all’ingresso del poro. Una volta avvicinata, la molecola orienta i suoi gruppi ossidrilici in modo da formare numerosi legami deboli (legami idrogeno) con la superficie della proteina. Insieme, queste interazioni fissano la tetrodotossina, come un tappo che si incastra nella bocca del canale.

Quando la tetrodotossina occupa il poro, gli ioni sodio non possono più passare. Anche se il canale viene normalmente attivato dal cambiamento di voltaggio, il passaggio è fisicamente bloccato. Il potenziale d’azione non può formarsi, oppure si spegne subito perché manca la corrente di sodio necessaria a sostenerlo. Il nervo cessa di trasmettere impulsi, le fibre muscolari non ricevono più il comando di contrarsi e restano flaccide. Poiché molti muscoli fondamentali per la vita, come quelli respiratori, dipendono da questo flusso di informazioni, anche una quantità piccola di tetrodotossina, distribuita nell’organismo, è sufficiente a interrompere funzioni vitali in tempi molto brevi.

Con il progredire delle tecniche analitiche, la tetrodotossina cominciò a essere identificata non solo nei pesci palla, ma anche in organismi molto tossici appartenenti a linee evolutive assai diverse: tritoni del genere Taricha, polpi ad anelli blu, alcune lumache marine, granchi, bivalvi, vermi marini. La molecola era sempre la stessa. Non aveva senso ipotizzare che specie così lontane avessero sviluppato in modo indipendente vie biosintetiche identiche.

Lo studio del microbiota associato a questi animali risolse il dubbio: in molti casi erano presenti batteri – nell’intestino o nei tessuti – capaci di produrre tetrodotossina o composti strettamente correlati in coltura. Pesci palla allevati in acqua sterile o con dieta priva di organismi tossici risultavano privi di tetrodotossina; variando la dieta o reintroducendo batteri produttori, la tossina ricompariva progressivamente nei tessuti.

Questo schema definisce una simbiosi: batteri produttori di tossina convivono con animali ospiti che la accumulano, sfruttandola come difesa chimica. La tetrodotossina non è un’innovazione metabolica autonoma dell’ospite, ma un metabolita secondario di origine microbica. In questa chiave, molti animali – marini o d’acqua dolce – usano la stessa molecola, grazie a microbi molto simili, per difendersi.

Perché i batteri producono una molecola tanto complicata? In ambienti marini ricchi di microrganismi, protozoi, piccoli invertebrati e concorrenti, un composto che interferisce con i canali ionici può offrire un vantaggio competitivo: rende l’ambiente intorno al batterio ostile per i predatori unicellulari o per competitori sensibili, permettendo al produttore di sopravvivere o colonizzare più facilmente. La tetrodotossina funziona come arma chimica nelle competizioni microbiche, oppure come deterrente nei confronti di organismi che filtrano o ingeriscono batteri. La simbiosi con un ospite più grande – pesce, mollusco, anfibio – fornisce un rifugio stabile e nutrienti costanti; in cambio il batterio conferisce all’ospite una difesa chimica, che continua a funzionare nello stesso modo contro ogni tipo di cellula ed è particolarmente tossica per neuroni e fibre muscolari, perché i canali ionici e lo scambio di ioni con l’ambiente esterno a una cellula è una caratteristica di tutti gli esseri viventi, un tratto distintivo della vita dalla notte dei tempi.

In questo quadro, sorge quindi una domanda critica: se la tossina è così potente, come fanno gli organismi che ospitano i batteri per difendersi a sopravvivere? La risposta risiede nei canali del sodio delle loro cellule. Le proteine canale sono composte da domini ripetuti; la porzione che forma il poro – la “P-loop region” – è spesso soggetta a mutazioni nelle specie tossiche o resistenti. Animali come pesci palla, tritoni, polpi tossici mostrano sostituzioni puntiformi in residui amminoacidici chiave: ad esempio, un residuo carico in un punto critico può essere sostituito da uno neutro o con diversa dimensione laterale, oppure un residuo idrofobico può diventare polare. Queste modifiche alterano l’interazione con la tetrodotossina: la molecola non può più legarsi con la stessa affinità. Le analisi funzionali mostrano che i canali mutati conservano comunque la capacità di condurre ioni sodio, oppure lo fanno con un’efficienza sufficiente per la sopravvivenza dell’animale, ma impediscono il blocco da parte della tetrodotossina.

Nel caso dei tritoni Taricha e dei serpenti predatori Thamnophis, questa dinamica evolutiva raggiunge una forma evidente. I tritoni accumulano tetrodotossina nelle ghiandole cutanee: in alcune popolazioni le quantità sono tali da rappresentare un’arma altamente efficace contro i predatori. I serpenti che si nutrono di questi tritoni mostrano, nei loro canali del sodio, mutazioni che riducono drasticamente la sensibilità alla tossina. Esperimenti elettrofisiologici su cellule esprimenti queste isoforme mutanti mostrano che la tetrodotossina ha un’affinità ridotta, ma anche che la loro cinetica del canale – apertura, chiusura, recupero – può essere modificata: tempi più lunghi, soglie differenti, conduttanze alterate. Nei test effettuati, i serpenti con canali fortemente resistenti risultano meno rapidi nello scatto, meno efficienti nel seguire una preda mobile, e meno pronti nell’evitare a loro volta un predatore. La resistenza alla tossina ha quindi un costo misurabile sul piano delle prestazioni motorie.

In un ambiente in cui i tritoni sono molto tossici, così da essere diffuse perché pochissimi predatori sono in grado di resistere al loro veleno, questo costo viene compensato dal beneficio: con la resistenza, il serpente può approfittare di prede indisponibili ad altri e dunque abbondanti. In queste popolazioni, gli individui con canali resistenti sopravvivono e si riproducono più spesso, e le mutazioni si diffondono nonostante la perdita di velocità. In ambienti dove i tritoni sono poco tossici o rari, lo stesso non vale: i serpenti non traggono abbastanza vantaggio dalla resistenza per compensare il rallentamento motorio. In quelle popolazioni tendono a prevalere canali più vicini alla forma ancestrale, più sensibili alla tetrodotossina, ma più efficienti dal punto di vista funzionale.

In termini ecologici, ogni popolazione si colloca su un punto di equilibrio: da un lato la probabilità di incontrare una preda tossica e il rischio di avvelenamento, dall’altro la necessità di muoversi rapidamente per cacciare e per sfuggire ad altri predatori. Il grado di resistenza osservato in una determinata area riflette questo equilibrio locale fra costi e benefici, fissato dalle condizioni reali dell’ambiente. Se infatti si mappa la distribuzione delle popolazioni di tritoni tossici e dei serpenti resistenti lungo la costa pacifica nord-occidentale, emerge un gradiente: zone con tritoni altamente tossici corrispondono a serpenti con mutazioni resistenti multiple; zone con tritoni poco tossici ospitano serpenti con canali più vicini alla forma ancestrale. Ogni popolazione rappresenta un punto in una corsa evolutiva in corso da migliaia di generazioni che modella la distribuzione geografica degli adattamenti.

La tetrodotossina, con la sua storia evolutiva e la sua attività venefica, ha da sempre attirato l’attenzione degli scienziati e del pubblico, come abbiamo potuto vedere; ma vi è un ulteriore, interessante sviluppo occorso negli ultimi anni. La stessa sua proprietà che nei casi di avvelenamento produce paralisi – il blocco selettivo dei canali del sodio nelle fibre nervose – diventa, se controllata con precisione, uno strumento farmacologico. Studi recenti hanno mostrato che quantità molto piccole di tetrodotossina sono sufficienti a diminuire l’attività delle terminazioni nervose responsabili della percezione del dolore.

Queste terminazioni, presenti nella pelle e nei tessuti più superficiali, inviano segnali al cervello quando vengono stimolate, ma dosi minime di tetrodotossina riescono a bloccare parte dei canali del sodio che generano questi segnali. Poiché la molecola, in tali quantità, resta confinata nell’area in cui viene applicata e non raggiunge gli organi interni, l’effetto rimane locale e non compaiono sintomi generali di intossicazione. In un modello sperimentale, una soluzione acquosa di tetrodotossina è stata formulata in un dispositivo simile a un pennarello, capace di rilasciare una quantità calibrata di molecola sulla superficie cutanea. L’applicazione locale innalzava la soglia del dolore per molte ore, senza attraversare significativamente i tessuti profondi e senza interferire con i canali cardiaci del sodio.

Il razionale farmacologico deriva dalla specificità della tetrodotossina: a basse concentrazioni essa agisce soprattutto sui canali del sodio presenti nelle terminazioni nervose periferiche, bloccando la generazione di potenziali d’azione nelle fibre che trasmettono il dolore. Poiché la molecola ha difficoltà ad attraversare barriere biologiche e non penetra facilmente nel sistema nervoso centrale, l’effetto rimane confinato all’area trattata. Diversi studi clinici e preclinici stanno esplorando l’uso della tetrodotossina nel dolore neuropatico refrattario, nel dolore oncologico, nel dolore post-chirurgico resistente agli oppioidi e nelle neuropatie indotte da chemioterapici.

La tetrodotossina non è un anestetico nel senso convenzionale: non interrompe tutte le sensibilità, non induce perdita della percezione tattile, non altera la funzione cardiaca e non genera dipendenza. Lavora esclusivamente modulando la componente elettrica della nocicezione. In questo, la sua rigidità strutturale e la sua capacità di legare un solo bersaglio con alta affinità diventano qualità terapeutiche: la stessa precisione molecolare che nei pesci palla, nei tritoni e nei serpenti determinava difesa, resistenza e coevoluzione, nei protocolli medici moderni permette interventi localizzati e reversibili.

Una molecola comparsa come metabolita batterico e divenuta nel tempo strumento di sopravvivenza per animali di ambienti completamente differenti, oggi entra nella medicina, perfetto esempio di quanto la chimica naturale possa essere reinterpretata. 

La stessa interazione che nei predatori produceva blocco e nei serpenti resistenza diventa, dosata al livello appropriato, una forma di controllo del dolore. Una traiettoria che attraversa microbi, animali, ecosistemi e ora anche la clinica, mantenendo intatta la logica molecolare da cui tutto è cominciato.