Als giftige Tiere nutzen Spinnen ihr chemisches Arsenal zum Beutefang oder zur Verteidigung. Kleine Neurotoxine zielen auf das Zentralnervensystem ihrer Opfer ab. Während die Giftstoffe intensiv erforscht werden, haben Wissenschaftler des LOEWE-Zentrums für Translationale Biodiversitätsgenomik (TBG) in Hessen ihr Augenmerk auf die Enzyme gerichtet, die auch in dem komplexen Giftcocktail enthalten sind.
Sie entdeckten eine große, bisher übersehene Vielfalt dieser Proteine, die biochemische Reaktionen ermöglichen. Den Forschern zufolge könnten diese für bioökonomische Anwendungen von großem Wert sein.
Mit rund 52.000 Arten weltweit sind Spinnen besonders vielfältig und produzieren das komplexeste aller Tiergifte: Das Gift nur einer einzigen Art kann mehr als 3.000 Moleküle enthalten. Diese gehören hauptsächlich zur Gruppe der kleinen Neurotoxine und werden zur Überwältigung von Insekten eingesetzt.
Ein Forscherteam des LOEWE-Zentrums TBG am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, Zweig Bioressourcen (IME-BR) in Gießen, Deutschland, hat nun die bisher vernachlässigten Bestandteile von Spinnengift untersucht und dabei Überraschendes entdeckt.
In ihrer Studie zeigen sie, dass das intensiv untersuchte Spinnengift neben Neurotoxinen auch verschiedenste Enzyme enthält. Ihre Ergebnisse waren veröffentlicht im Tagebuch npj Biodiversität.
„In der Vergangenheit deuteten einige bahnbrechende Studien auf das Vorhandensein von Enzymen in Spinnengiften hin, eine gezielte Suche nach ihnen wurde jedoch nie durchgeführt. Wir haben uns dieser Aufgabe angenommen und die Rohdaten aller bisher giftig analysierten Spinnen systematisch durchleuchtet.“ „Wir konnten zeigen, dass es in ihrem Gift tatsächlich mehr als 140 verschiedene Enzymfamilien gibt“, erklärt Studienleiter Dr. Tim Lüddecke, Leiter der Arbeitsgruppe Tiergifte am IME-BR in Gießen.
„Das bedeutet unter anderem, dass wir die chemische Vielfalt der Spinnengifte bisher dramatisch unterschätzt haben, da alle Komplexitätsberechnungen allein auf den Neurotoxinen basieren.“
Den Autoren zufolge ermöglichen die Ergebnisse der Arbeit nicht nur neue Forschungsansätze, um die Evolution und Funktion von Spinnengiften besser zu verstehen, sondern eröffnen auch neue Perspektiven für deren Verwendung.
„Enzyme sind zentrale Bausteine der Bioökonomie. Sie beschleunigen chemische Reaktionen und zeichnen sich durch eine sehr geringe Nebenproduktbildung, einen geringen Energieverbrauch und eine biologische Abbaubarkeit aus. Sie können daher sehr nachhaltig zur Wertschöpfung eingesetzt werden. Die Industrie ist daher ständig auf der Suche.“ nach neuen Enzymquellen“, erklärt Josephine Dresler, Ph.D. Student der Arbeitsgruppe und Erstautor der Studie.
„Einige der von uns identifizierten Enzyme könnten aufgrund ihrer fettspaltenden oder proteinabbauenden Eigenschaften beispielsweise in Waschmitteln oder der Abfallwirtschaft eingesetzt werden. Sie könnten dort einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Transformation leisten“, sagt Dresler.
Die Arbeit der Gießener Wissenschaftler macht deutlich, welches Übersetzungspotenzial in tierischen Giften, insbesondere denen von Spinnen, steckt. „Bisher konzentrierte sich die Spinnengift-Community ausschließlich auf medizinische oder landwirtschaftliche Anwendungen. Unsere Entdeckung eröffnet die Möglichkeit, ein völlig neues Feld der angewandten Forschung zu etablieren“, erklärt Lüddecke.
„Aber wir stehen erst am Anfang, da weniger als 1 % aller Spinnenarten auf ihre Gifte untersucht wurden. Ich bin zuversichtlich, dass wir in den verbleibenden 99 % der Spinnenfauna der Welt weitere aufregende Entdeckungen machen werden.“
Weitere Informationen:
Josephine Dresler et al., Aufklärung der toxikologischen dunklen Materie von Spinnengiftenzymen, npj Biodiversität (2024). DOI: 10.1038/s44185-024-00058-2
Zur Verfügung gestellt von der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung