Wie die Meeresschnecke ist Tödliches Gift Kann Uns Helfen, Bauen eine Bessere Medikamente
In der wild -, Kegel-Schnecken Harpune Ihre Beute als es vorbei schwimmt. Im Labor hat die Kegelschnecke gelernt, Gift zum Abendessen auszutauschen. Hier streckt eine Schnecke ihren Rüssel aus und gibt einen Schuss Gift in eine Latexröhre ab. Um mehr Fotos zu sehen, sehen Sie sich bitte den vollständigen Fotoaufsatz an.,
Kegelschnecken inspirieren seit Jahrhunderten den Menschen. Küstengemeinden haben oft ihre schönen Muscheln wie Geld gehandelt und sie in Schmuck gesteckt. Viele Künstler, darunter Rembrandt, haben sie in Skizzen und Gemälden gezeigt. Jetzt finden Wissenschaftler am National Institute of Standards and Technology (NIST) diese tödlichen Raubtiere auch inspirierend, da sie neue Wege suchen, um alte medizinische Probleme mit den giftigen Schnecken als Modellen zu heilen.,
“ Dies ist das gleiche Gift, mit dem Dinosaurier im ‚Jurassic Park ‚ getötet wurden“, sagt der NIST-Biochemiker Frank Marí mit einem Kichern. „Es ist beängstigendes Zeug, aber diese Kraft könnte im wirklichen Leben für eine andere Art von Gut genutzt werden.“
Wie alle NIST-Wissenschaftler misst Marí Dinge. Insbesondere misst er RNA und die damit verbundenen Proteine bei der Arbeit in Meerestieren. Da sich die Technologie im Laufe der Jahre verbessert hat, sind er und sein Team besser in der Lage, die Moleküle bei einigen weniger bekannten Kreaturen des Ozeans, einschließlich Kegelschnecken, zu untersuchen, zu analysieren und zu katalogisieren., In diesem Jahr machte sein Labor mehrere bedeutende Entdeckungen über ihr Gift, Entdeckungen, die letztendlich zur Entwicklung neuer Medikamente für schwer zu behandelnde Krankheiten führen könnten. Durch die Nachahmung der Art und Weise, wie diese kleinen, ruhigen Kreaturen Gift abgeben, können Wissenschaftler möglicherweise bessere Heilmittel liefern.
An einem bestimmten Tag kann Marí im Hollings Marine Laboratory in Charleston, South Carolina, die Reihen der platzenden Aquarientanks auf und ab gehen und die 60 einzelnen Kegelschnecken untersuchen, die in seinem Labor gelebt haben die letzten 15 Jahre., Einmal in der Woche führen er und seine Mitarbeiter eine Art heikle Verhandlungen mit ihnen, indem sie einen toten Fisch gegen eine Dosis Gift eintauschen, die in einer Tube gesammelt und für laufende wissenschaftliche Messungen und Untersuchungen aufbewahrt werden soll.
„Kegelschnecken sind so ungewöhnlich“, sagt Marí. „Sie sind nicht wirklich wie jede andere Kreatur auf der Erde, und mit ihnen zu arbeiten ist fast wie mit einem Außerirdischen zu arbeiten. Aber das macht auch Spaß. Das Kegelschneckensystem ist wie ein Süßwarenladen für jemanden wie mich.“
Mehr als 800 Arten von Kegelschnecken wurden weltweit gefunden, meist in wärmeren, tropischen Gebieten., Sie sind zurückgezogene, gesichtslose Kreaturen und nicht aggressiv, stechen aber defensiv, wenn sie von einem unwissenden Muschelsammler aufgenommen werden. Die kleinsten Kegelschnecken verleihen einen Stich, der ungefähr so stark ist wie ein Bienenstich, aber der Stich größerer Arten kann einen erwachsenen Menschen in wenigen Stunden töten. Es wird angenommen, dass die tödlichste Kegelschnecke die „Zigarettenschnecke“ des Indopazifiks ist, eine Schnecke, die ungefähr so lang ist wie der Daumen eines Mannes, die ein Toxin abgeben kann, das so stark ist, dass Sie nur Zeit haben, eine Zigarette zu beenden, bevor Sie an ihrem Angriff sterben.,
Obwohl seine Sammlung mehrere Arten umfasst, ist Marís besonderer Schwerpunkt die lila Kegelschnecke (Conus purpurascens). Es ist eine Kreatur, die hauptsächlich in den Küstengewässern des Ostpazifiks vor dem Golf von Kalifornien bis nach Peru und vor der Küste der Galapagos-Inseln vorkommt und sich langsam entlang des felsigen Bodens bewegt, wo sie einige Zentimeter lang wird. Wie alle Schnecken aus der Conus-Gattung sind diese nachtaktiven Tiere üblich, werden aber oft von gelegentlichen Strandgängern unsichtbar.,
Trotz ihrer eigenen langsamen Tendenzen haben sich diese Schnecken entwickelt, um im Dunkeln gekonnt schnellere Tiere zu jagen, indem sie einen einzigen harpunenartigen Zahn in andere Schnecken, Fische und Würmer schießen. Einmal injiziert, wird die Beute sofort gelähmt und kann nicht mehr entkommen. Die Schnecke zieht dann langsam die immobilisierte Mahlzeit in ihre Schale, um ganz verdaut zu werden. Jeder Zahn wird nach Gebrauch verworfen und sofort durch einen anderen ersetzt. Einige Kegelschnecken reisen mit 20 oder so dieser Zähne in ihren Systemen eingebettet, geladen und bereit abgefeuert werden, wenn die nächste Mahlzeit passiert zu schwimmen.,
In seinem Heimatstaat wäre Kegelschneckengift offensichtlich keine großartige Behandlung für menschliche Beschwerden. Aber indem Marí es Stück für Stück auspackt und jede Komponente auf molekularer Ebene misst, wollen Marí und sein Team verstehen und katalogisieren, wie jeder Aspekt dieses Giftes seine Arbeit macht.
„Es gibt eine Menge, die wir gerade über sie lernen“, sagt Marí.
Warum zum Beispiel kann Kegelschneckengift so schnell in das Nervensystem eines anderen Tieres eindringen? Und wie lähmt es ein Opfer so effektiv?, Noch rätselhafter ist, dass einige einzelne lila Kegelschnecken überhaupt nicht giftig sind, was Marí für Entwicklungsstadien in den Schnecken hält.
Die Antworten auf all diese Kegelschneckenfragen könnten verwendet werden, um neue Medikamente zu entwickeln, die sich schneller und effizienter durch den Körper eines Patienten bewegen, z. B. neue Insulintypen zur Behandlung von Diabetes oder bessere Behandlungen für neurologische Erkrankungen wie Alzheimer. Einige denken, dass die Giftforschung neue Verabreichungssysteme für Medikamente bereitstellen kann, die darauf abzielen, sich schnell ausbreitende Krebsformen einzudämmen., Andere möchten die Inhaltsstoffe des Giftes zur Behandlung von Sucht verwenden. Eine Komponente von Kegelschneckengift wurde sogar in Anti-Falten-Cremes auf dem Markt verwendet, die die Kraft der Entzündung unter die Haut bringen und Falten und feine Linien auf menschlichen Gesichtern aufblähen.
Für ein Papier, das gerade in Scientific Reports veröffentlicht wurde, verwendeten Marí und sein Team Kegelschneckentoxine als molekulare Sonden, um eine wichtige Überlappung zwischen dem Immun-und Zentralnervensystem beim Menschen zu identifizieren., Ihre Arbeit zeigte zum ersten Mal, dass ein klassisches Toxin—eines, das normalerweise mit dem Zentralnervensystem assoziiert ist—auch Auswirkungen auf das Immunsystem haben kann, wobei einige Zellen auf spezifische Weise signalisiert werden, sobald bestimmte Arten von Kegelschneckenpeptiden, sogenannte Conotoxine, in den Körper gelangen. Die neuen Informationen können bei der Entwicklung von Therapien zur Ausrottung von Magen -, Brust-und Lungenkrebs sowie bei der Bekämpfung von Tuberkulose helfen, da alle diese Krankheiten eine Überproduktion einiger Zellen auslösen., Anstatt das Toxin als wirkliches Heilmittel zu verwenden, würde die Arbeit eine Roadmap zum besseren Verständnis (und möglicherweise zur Kontrolle) des Wachstums unerwünschter Zellen liefern.
Für eine weitere Studie, die kürzlich im Journal of Proteomics veröffentlicht wurde, arbeiteten Marí und sein Team an der Isolierung und Charakterisierung eines Enzyms im Kegelschneckengift Conohyal-P1. Sie verwendeten ein Massenspektrometer mit Ultrahochauflösung, eines der leistungsstärksten verfügbaren Werkzeuge zur Identifizierung und Zählung von Proteinen in einer Probe. Ein ähnliches Enzym findet sich sowohl in Feuerfischen als auch in Bienengiften., Überraschenderweise wird es auch in vielen Arten von Säugetierspermien gefunden, wo es hilft, die Zellwände der Eierstöcke zu schwächen und den Eintritt der Spermien und die erfolgreiche Fortpflanzung zu erleichtern.
“ Wir wussten, dass dieses Enzym in der Lage war, extrazelluläres Gewebe abzubauen“, sagt Marí und bezieht sich auf die äußersten Membranen von Zellen. „Wir konnten jetzt die Aktivität des Enzyms sorgfältig bewerten, damit jeder es in zukünftigen Arbeiten verwenden kann. Darüber hinaus haben wir einen neuen Subtyp identifiziert, der zuvor nicht bekannt war.,“
In einem dritten Artikel, der kürzlich in der Zeitschrift Neuropharmacology veröffentlicht wurde, untersuchten Marí und sein Team Toxine im Kegelschneckengift, indem sie sie auf dem Zentralnervensystem von Fruchtfliegen testeten. Obwohl sich die Fruchtfliege in vielerlei Hinsicht stark vom Menschen unterscheidet, kann ihr zentrales Nervensystem ein großartiges Modell für eine Vielzahl von medizinischen Studien liefern, da die Grundstruktur von Zellen in Fruchtfliegenhirnen der Struktur von Zellen im menschlichen Gehirn ähnelt. Wenn also eine Fruchtfliege – Gehirnzelle auf eine Weise reagiert, wissen Wissenschaftler, dass auch eine menschliche Zelle dies tun wird.,
Marís Team wollte speziell wissen, wie Conotoxine mit einer Vielzahl molekularer Ziele im Nervensystem ihrer Beute interagieren. Purple Cone Snail Venom enthält eine große Anzahl dieser Proteinbausteine, mehr als 2.000 davon.
„Das Gift ist unglaublich Komplex“, sagt Marí. „Wir wollten die Frage beantworten: Welche Teile könnten als Medizin verwendet werden?“
In diesem Fall fanden sie heraus, dass die Reaktion der Fliegen auf Injektionen von Kegelschneckengift hauptsächlich in den Rezeptoren stattfand, die die Muskelbewegung und-sucht steuern., Solche Details könnten bei der Entwicklung neuer Medikamente gegen die Parkinson-Krankheit nützlich sein, die häufig das Muskel-Skelett-System schädigen und die Fähigkeit eines Patienten beeinträchtigen, grundlegende Körperbewegungen zu kontrollieren. Es könnte auch bei der Entwicklung wirksamer Nikotinabhängigkeitsbehandlungen helfen.
„Das Muster auf einer Kegelschneckenschale ist sehr schön“, sagt Marí. „Aber ich denke, die Biologie und Biochemie sind noch schöner, und wenn wir all die verschiedenen Aspekte des Giftes erforschen, können wir alle möglichen neuen Möglichkeiten für medizinische Zwecke eröffnen. Wir sind endlich in der Lage, den Code zu knacken.“