Kategorien
Wissenschaft exklusiv

Wie Spinnengift die Medizin verändern könnte

Spinnengift für Therapeutika und Bioinsektizide

Die Wirkung der Toxine auf Schmerzrezeptoren von Nervenzellen verspricht zukunftsweisende medizinische Behandlung.

Schmerzlinderung, Behandlung von Folgeschäden eines Schlaganfalls und wirksameres Antibiotikum. Spinnengifte sind die Zukunft gezielter und schneller Behandlungen. Die Gifte bestehen meist aus Peptiden. Das sind aus Eiweiß bestehende Moleküle, deren Aminosäuren durch Peptidbindungen verbunden sind, denen zahlreiche Funktionen zugeschrieben werden. Sie erfüllen ihre Rolle als Botenstoffe oder Hormone. Die Forschung zu Spinnengiften zielt primär auf die Entwicklung schmerz- und entzündungshemmender Medikamente. Ein Forscherteam um den Biochemiker Dr. Tim Lüddecke des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und angewandte Ökologie (IME) und Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen, widmen sich vor allem den bisher kaum beachteten einheimischen Spinnen und ihrem Giftmix. Die Wirkung der Toxine auf Schmerzrezeptoren von Nervenzellen verspricht zukunftsweisende medizinische Behandlung. Im Labor wird erforscht, wie einzelne Toxine auf Schmerzrezeptoren von Nervenzellen wirken. Besonders vielversprechend ist der Giftcocktail der Australischen Trichternetzspinne. Daneben steht auch die Entwicklung von hochwirksamen Biopestiziden im Focus der Wissenschaftler.

Die Substanzen seien zwar entdeckt und beschrieben, sie befänden sich aber noch nicht in der Präklinik«, so Lüddecke.

Viele Wirkstoffe aus 3000 Komponenten einer einzigen Spinne

Diese vielversprechende Bandbreite an medizinischen Lösungen veranlasst Wissenschaftler, das Geheimnis der Toxine von Spinnen genauer unter das Mikroskop zu nehmen. Immerhin sind es bis zu 3000 Komponenten, die das Gift einer einzigen Spinne enthalten kann. Die Kombinationsmöglichkeiten die diese Vielzahl an Komponenten bieten, lassen auf passgenaue Wirkstoffe hoffen. Die Wissenschaftler widmen sich vor allem den bisher kaum beachteten einheimischen Spinnen und ihrem Giftmix. Die Forschungsergebnisse zur Biologie der Toxine – insbesondere zum Gift der Wespenspinne – wurden in den Fachzeitschriften »Biomolecules« und »Biological Reviews« veröffentlicht.

»Spinnengifte sind eine weitgehend unerschlossene Ressource, dies liegt unter anderem an der schieren Vielfalt – etwa 50 000 Arten sind bekannt. Im Spinnengift steckt viel Potenzial für die Medizin, etwa bei der Erforschung von Krankheitsmechanismen«, sagt der Leiter der neuen Arbeitsgruppe »Animal Venomics«.

Bislang standen die zumeist kleinen einheimischen Spinnen nicht im Fokus der Forschung. Die Giftmenge der kleinen mitteleuropäischen Spinnen reichen nicht für Experimente aus, so Lüddecke. Auch diese Herausforderung gehen die Wissenschaftler mittels präziser Analysemethoden an, um auch die geringen Mengen dieser Spinnen in die Forschung miteinzubeziehen. Gefördert wird die Arbeit durch das das LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (LOEWE-TBG) in Frankfurt am Main. Einen besonderen Schwerpunkt der Forschung stellte die Entschlüsselung des Gifts der Wespenspinne dar. Dadurch konnten zahlreiche neu Biomoleküle identifiziert werden. Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Fachzeitschrift »Biomolecules« veröffentlicht.

Neue Biomoleküle aus dem Gift der Wespenspinne

Während Spinnengifte hochkomplex sind und bis zu 3000 Komponenten enthalten können, enthält das Gift der Wespenspinne dagegen nur 53 Biomöleküle. Es ist stark von hochmolekularen Bestandteilen dominiert, dazu gehören sogenannte CAP-Proteine und andere Enzyme. Wie andere Spinnengifte enthält das Gift der Wespenspinne einen geringen Anteil an Knottine. Das ist eine Gruppe von neurotoxischen Peptiden, die bedingt durch ihre Knotenstruktur robust gegenüber chemischem, enzymatischem und thermischem Abbau sind. Aus diesem Grund könnten diese Moleküle einmal Bestandteil oral einzunehmender Medikamente sein, die nicht vom Magen-Trakt-Darm verarbeitet werden. Spinnengifte lassen auf hocheffiziente Medikamente hoffen. Die Entfaltung ihrer Wirkung und auch das hohe Potenzial solcher Medikamente versprechen eine sehr gute Entfaltung der Wirkung und könnten damit eine bedeutende Wende in der Medizin bringen.

Die Besonderheit darin betonen Forscher, dass Knottine spezifisch an Ionenkanäle binden. Der Grad der Spezifität, mit der ein Molekül an sein Zielmolekül andockt, entscheidet über den Grad der Nebenwirkungen. »Je spezifischer ein Molekül an sein Zielmolekül andockt, nur einen einzigen Typ von Ionenkanal angreift, desto weniger Nebenwirkungen löst es aus«, erklärt Lüddecke. Zu dem seien Knottine laut den Forschern schon in geringer Konzentration wirksam, da sie schon in geringen Mengen die Aktivität der Ionenkanäle beeinflussen. Dies ermöglicht es, dass darauf basierende Arzneien in niedrig dosiert verabreicht werden können.

Neuropeptide als neuer Forschungsbereich

Im Gift der Wespenspinne konnten Forscher Moleküle ausmachen, die in ihrer Struktur Neuropeptiden ähneln. Diese sind für den Transport von Informationen zwischen den Nervenzellen verantwortlich. »Wir haben neuartige Familien von Neuropeptiden gefunden, die wir bislang von anderen Spinnen nicht kennen. Wir vermuten, dass die Wespenspinne damit das Nervensystem von Insekten angreift. Seit Längerem ist bekannt, dass Neuropeptide im Tierreich im Laufe der Evolution häufig zu Toxinen umgebaut werden«, sagte Lüddecke.

Giftstoffe im Labor vervielfältigen

Da die Giftausbeute bei kleinen Spinnen gering ausfällt, entnehmen die Forscherinnen und Forscher die Giftdrüsen und sequenzieren daraus die mRNA. Aufgrund der Genstruktur lassen sich die Toxine entschlüsseln. Das Giftprofil der Wespenspinne liegt inzwischen vollständig vor, im nächsten Schritt werden die relevanten Komponenten hergestellt. Hierfür wird die Gensequenz mittels Biotechnologie in eine Bakterienzelle eingebaut, die dann das Toxin produziert. »Wir bauen quasi genetisch modifizierte Bakterien, die das Toxin in großem Maßstab herstellen.« Die Hauptkomponente des Wespenspinnengifts, das CAP-Protein, konnten Lüddecke und sein Team in Großserie herstellen. Erste funktionelle Studien starten in Kürze.

Gift männlicher und weiblicher Spinnen unterscheidet sich

In einer weiteren Übersichtsarbeit konnte der Biochemiker in Kooperation mit den Kollegen der Justus-Liebig- Universität Gießen und Forschenden der australischen University of the Sunshine Coast ableiten, dass Spinnengifte sehr dynamisch sind und dass viele Einflüsse ihre Zusammensetzung und Funktionsweise prägen. »Die Dynamik des Spinnengifts wurde bislang völlig unterschätzt. Das biochemische Repertoire wird entscheidend vom Lebensabschnitt, Lebensraum und vor allem vom Geschlecht beeinflusst. Auch der Giftcocktail von Jungtieren und Erwachsenen ist nicht unbedingt identisch. Es ist vielmehr das Zusammenwirken der vielen Bestandteile, das Spinnengift so wirksam macht, als die Wirkung eines einzelnen Toxins. Durch ihre Wechselwirkungen steigern die Komponenten ihre Wirksamkeit«, resümiert der Forscher.

Hier geht es zur Originalpublikation

Please follow and like us:
0
20
Pin Share20

Comments

comments

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.