Weltweit fordern Schlangenbisse jedes Jahr rund 100.000 Todesfälle. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben untersucht, wie das Toxin vor 50 bis 120 Millionen Jahren durch die Veränderung eines Gens entstand, das auch bei Säugetieren und anderen Reptilien vorkommt. Die Ergebnisse könnten bei der Entwicklung besserer Behandlungen gegen Schlangenbisse helfen und zu neuen Erkenntnissen für die Behandlung von Krankheiten wie Typ-2-Diabetes und Bluthochdruck führen.
Wenn Gift in ein Opfer eines Schlangenbisses gelangt, bindet es an Rezeptoren auf Nerven- und Muskelzellen und unterbricht die Kommunikationswege zwischen ihnen. Dies führt zunächst zu Lähmungen und kann ohne Gegenmittel innerhalb von Minuten oder Stunden zum Tod führen. Ein Forscherteam hat untersucht, wie sich die Proteinstruktur von Schlangengiften, den sogenannten Drei-Finger-Toxinen (3FTxs), im Laufe der Evolution verändert hat.
Entstehung von Dreifingertoxinen
Das Team um Burkhard Rost, Professor für Bioinformatik, entdeckte, dass sich Dreifingertoxine im Laufe der Zeit aus dem Ly6-Gen entwickelten, das auch bei Säugetieren und anderen Reptilien vorhanden ist. Es ist für verschiedene Stoffwechselfunktionen verantwortlich, beispielsweise für die Immunantwort von Zellen und die neuronale Regulierung. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Dr. Ivan Koludarov, Forscher am Lehrstuhl für Bioinformatik und Erstautor der Studie, sagt: „Aus früheren Studien geht hervor, dass sich Schlangen vor etwa 120 Millionen Jahren von anderen Echsen unterschieden. Heutige Giftschlangen und andere Schlangenarten entwickelten sich auseinander.“ Das bedeutet, dass sich das Ly6-Gen im Zeitraum von vor 50 bis 120 Millionen Jahren so stark verändert hat, dass es heute eine starke toxische Wirkung auslöst.“
Im Laufe der Evolution verdoppelte sich das Ly6-Gen, das die Anweisungen für das Toxin generiert, immer wieder. Folglich tragen Giftschlangen mehrere Kopien des Gens. Auf diesen Kopien sind verschiedene Segmente mutiert. Dadurch veränderte sich die Funktion des vom Gen kodierten Proteins so radikal, dass es seine ursprüngliche Funktion nicht mehr erfüllt und stattdessen als Toxin wirkt.
Verschiedene Formen des Giftes
Tobias Senoner, Doktorand am Lehrstuhl für Bioinformatik, fügt hinzu: „Das Gen ist bei den verschiedenen Schlangenarten auf unterschiedliche Weise mutiert. Anhand der resultierenden Proteinstrukturen können wir vier Formen des 3FTx-Toxins unterscheiden. Jede hat spezifische Strukturen und.“ wirkt daher anders auf die Beute der Schlange.“
Prof. Burkhard Rost erklärt: „Für unsere StudieWir haben alle verfügbaren Informationen aus der UniProt-Datenbank gesammelt, die Daten zu Proteinen aller lebenden Organismen und Viren liefert. Darüber hinaus haben wir auf biomedizinische und genetische Informationen vom National Center for Biotechnology Information zugegriffen. Wir haben diese Daten durch die Linse der künstlichen Intelligenz analysiert.“
Die Erkenntnisse aus der Studie werden dazu beitragen, die Behandlung von Schlangenbissopfern zu verbessern und Fortschritte in der Medikamentenentwicklung zu erzielen. Das Verständnis der Toxine könnte bei der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden etwa für Typ-2-Diabetes oder Bluthochdruck oder besserer Schmerzmittel helfen.
Mehr Informationen:
Ivan Koludarov et al., Domänenverlust ermöglichte die Entwicklung neuer Funktionen in der Superfamilie der Schlangen-Dreifinger-Toxin-Gene, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40550-0