Die Kraft des Giftes zur Hilfe der Medizin

Die Kraft des Giftes zur Hilfe der Medizin

Sam Robinson wird seine abscheuliche Begegnung mit einem riesigen, mit Dornen bedeckten Baum im Main Range National Park nicht so schnell vergessen.Im Jahr 2018 stieß er auf einer Expedition in einen der australischen Regenwälder auf einen Dendrocnidus excelsa und beschloss dann, mit der linken Hand die charakteristischen Haare des Baumes zu greifen, um zu sehen, ob der Schmerz seinem berüchtigten Ruf würdig war.

„Tatsächlich war es so schmerzhaft, wie sie sagten, lacht er.Es war wirklich schockierend, dass eine Pflanze so viel Schmerz verursachen konnte."

Der "intensive und packende Schmerz" kroch ihren linken Arm hinauf und hämmerte gegen die linke Seite ihrer Brust.Ein paar Monate später berührte er eine andere, diesmal jedoch mit der rechten Hand, und das Pochen trat nur auf der rechten Seite seiner Brust auf;der Schmerz hing daher von der Körperseite ab, mit der der Baum berührt wurde.

Sam Robinson, ein Forscher am Institut für Molekulare Biowissenschaften der University of Queensland, verletzt sich nicht aus Spaß (obwohl er die Wirkung jedes Bissens auf ihn in den sozialen Medien aufzeichnet).Er ist Teil einer ständig wachsenden Gruppe von Forschern, die davon überzeugt sind, dass in der Natur vorkommende Gifte ein ungenutztes medizinisches Potenzial bergen.

Dank der technologischen Fortschritte der letzten zehn Jahre gibt es heute eine Fülle von Daten zum Verhalten verschiedener Gifte und deren Auswirkungen auf den Körper.Obwohl allgemein als schädlich bekannt, zeigt die vorliegende Studie, dass die Chemie und die Mechanismen von Giften zu revolutionären Behandlungen für Schmerzen, Krebs und mehr führen könnten.

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Mandë Holford, Professorin für Chemie am Hunter College und Graduate School an der University of the City of New York, erforscht die therapeutischen Kräfte von Schneckengift.Das Gift der Zapfen, einer Schneckenart, ist eines der tödlichsten der Welt.

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Aus den Zapfen wird bereits Prialt hergestellt, ein Medikament, das nur durch Injektion in die Wirbelsäule verabreicht werden kann.Mandë Holford versucht, die Verwendung des Gifts auszuweiten und ein einfacher zu verabreichendes, nicht süchtig machendes Medikament zu entwickeln, das als Alternative zu Opiaten auf dem Markt fungieren würde.

Foto von Robert Clark, National Geographic

Einige aus Gift gewonnene Medikamente sind bereits erhältlich.Eines der ersten für die klinische Anwendung zugelassenen Blutdruckmedikamente (Captopril) ist auf die Untersuchung des Giftes von Bothrops jararaca zurückzuführen, einer Klapperschlange, deren Biss den Blutdruck von Beutetieren senkt.Byetta (Exenatid), ein Medikament, das den Blutzuckerspiegel bei Typ-2-Diabetikern senkt, wurde aus dem Speichel des Monsters von Gila, dieser giftigen Eidechse aus Nordamerika, hergestellt.Und das Schneckengift der Art Conidae gab Prialt (Ziconotide), ein Schmerzmittel, das direkt in die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit injiziert wurde.

Aber laut Sam Robinson und anderen könnte noch viel mehr getan werden, um die Moleküle im Gift in sichere und wirksame Medikamente für den Menschen zu verwandeln.

Venom ist sowohl "der Bösewicht als auch der Superheld", kommentiert Mandë Holford, Professorin für Chemie am Hunter College und Graduiertenschule an der University of the City of New York.Giftige Schnecken sind ihr Lieblingsthema, und sie studiert die Evolution von Giften mit dem ultimativen Ziel, ihr Genom zu entschlüsseln;sie nennt es den „Rosetta-Stein des Giftes“.

„Wenn wir die Sprache nicht verstehen, wie sich Giftgene entwickeln und funktionieren, dann basteln wir nur an der Oberfläche“, erklärt sie.

SCHMERZEN BEWERTUNG UND AUFBAU SEINER MECHANISMEN

Wenn giftige Kreaturen untersucht werden, ist es eines der Risiken des Berufs, gebissen oder gestochen zu werden, aber nur wenige Forscher haben sich vorgenommen, die unvergleichlichen Schmerzen zu beschreiben, die durch diese Vergiftungen verursacht werden.Es ist ein Hobby mit einem Zweck: Die Auswertung der erlebten Schmerzen ermöglicht es Forschern, Empfindungen zu vergleichen und zu unterscheiden, und es wird verwendet, um herauszufinden, wie die Zusammensetzung bestimmter Gifte mit dem Nervensystem interagiert.

In den späten 1970er Jahren begann der Entomologe Justin O. Schmidt, der heute am Southwest Biological Institute in Arizona arbeitet, mit der Katalogisierung der verschiedenen Insektenstiche, die er sich selbst zugefügt hatte, und schuf die berühmte Schmidt-Schmerzskala.Es war auch ein Biss von einem Florida-Harvester (einer großen roten Ameise), der ihn beschloss, den Sprung zu wagen.

„Angenommen, Sie werden in den Arm gebissen“, erinnert sich Justin O. Schmidt an das Erlebnis.„Nun, deine Haare stehen zu Berge, wie ein verängstigter Hund."

Diese ungewöhnliche Reaktion weckte seine Neugier.„Das war es, was mir wirklich klar wurde, dass wir eine Möglichkeit brauchten, um durch Insekten verursachte Schmerzen zu vergleichen“, sagt er.In seinem Buch The Sting of the Wild beschreibt er die Stiche, die von dreiundachtzig Arten zugefügt werden, und bewertet den erlittenen Schmerz mit einer Bewertung von 1 für erträgliche Empfindung bis 4 für unerträgliche Schmerzen.

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Die Krone von Dendrocnidus excelsa, einem Riesen der Wälder Ostaustraliens, kann bis zu 40 Meter hoch werden.Aber normalerweise werden die Leute durch ihre grünen Cousins, die näher am Boden liegen, ausgetrickst.Der Baum kann eine entsetzliche Verbrennung verursachen, die stundenlang anhält und die Symptome können Wochen später zurückkehren.

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Der Stich der Bullenameise (Myrmecia) gilt als besonders schmerzhaft.Im Jahr 2018 veröffentlichte ein Team unter der Leitung von Sam Robinson die erste umfassende Studie zu seinem Gift, die es Forschern ermöglichen könnte, eine neue Art von Schmerzmittel zu entwickeln.

Foto von Sam Robinson

Sam Robinson, der auch ein National Geographic-Entdecker ist, begann etwa 40 Jahre nach Schmidt mit der professionellen Erforschung von Gift.Inspiriert von seiner berühmten Skala begann er, seine eigenen Verbrennungen in den sozialen Medien nach denselben Kriterien zu bewerten.Er arbeitet auch daran, die bösartigsten Gifte zu entschlüsseln und hat kürzlich unter anderem an Forschungen zu Dendocnid excelsa, Limacodidae und Spuckkobras teilgenommen.

Die Kraft des Giftes zur Hilfe der Medizin

In einer solchen Studie schloss sich Sam Robinson Justin O. Schmidt in Arizona an, um Samtameisen zu sammeln, die eigentlich bunte Wespen ohne Flügel und behaarte Körper sind.Diese mit dem Spitznamen "Kuh-Killer" verursachen einen Stich, den Sam Robinson auf seinem Twitter-Account als "einen wachsenden, pulsierenden Bissen, der am Ende juckt und anschwillt", beschreibt.Justin O. Schmidt nennt in seinem Buch noch mehr Details: „Explosiv und endlos, du schreist wie verrückt.Heißes Öl direkt aus der Fritteuse, das Sie über Ihre ganze Hand verschütten.Beide bewerten den Biss mit 3 von 4.

Die beiden Forscher und ihre Mitarbeiter veröffentlichten im Februar den allerersten Bericht über die Zusammensetzung und Funktion von Samtameisengift.Sie entdeckten, dass sein Gift Zellmembranen deaktiviert und bestimmte Ionen durch ihren Ionenkanal, eine Art Eintrittspunkt für die Zelle, passieren lässt.Die Moleküle des Giftes greifen den Ionenkanal an, indem sie sich daran festklammern und ihn offen halten, wenn er geschlossen werden sollte.Dann wird ein Schmerzsignal an das Gehirn gesendet.

Wenn die Forscher verstehen, wie solche Gifte funktionieren, können Forscher möglicherweise neue Medikamente entwickeln, die auf dieselben Rezeptoren abzielen, aber Schmerzen lindern, anstatt sie zu verursachen.

GIFTIGE BÄUME UND KREBSBEHANDLUNGEN

Das Beispiel von Dendrocnide excelsa zeigt, dass die in der Natur vorkommenden Gifte das Geheimnis der zellulären Mechanismen enthalten, die für den Schmerz verantwortlich sind.Im Gegensatz zum Samtameisenbiss kann der heimtückische Schmerz von Dendrocnidus excelsa durch kalte Temperaturen Stunden nach dem Abklingen reaktiviert werden.„Wenn man kaltes Wasser hineingießt, werden die Schmerzen plötzlich so intensiv wie zu Beginn“, warnt Sam Robinson, der es gut kennt.

Bestimmte Medikamente, die während einer Chemotherapie verabreicht werden, haben genau diese Wirkung, die sogenannte thermische Allodynie, die bei Krebspatienten ein schmerzhaftes Gefühl verursacht, wenn sie kalte Gegenstände berühren.

„Also dachten wir, wenn wir herausfinden können, welches Toxin in diesem Baum steckt und wie es funktioniert, wissen wir vielleicht mehr über den Mechanismus, der die thermische Allodynie steuert“, sagt Sam Robinson.Und vielleicht können wir einen rationalen Weg finden, dies zu verhindern."

In seinem provisorischen Camp im Chu-Yang-Sin-Nationalpark in Vietnam steckt der National Geographic-Forscher Zoltan Takacs einen Skorpion in eine Kiste, um ihn aus dem Dschungel zu holen.Zusammen mit vietnamesischen Forschern reiste er in den Park, um Skorpione, Schlangen, Schnecken, Frösche und Spinnen auszugraben, die es ihnen ermöglichen sollten, tödliche Giftstoffe zu extrahieren und sie zu untersuchen, um neue medizinische Behandlungen zu entwickeln.

Foto von David Guttenfelder, National Geographic

Um diese seltsamen Bäume zu untersuchen, brachte einer von Sam Robinsons Kollegen Samen von Dendrocnidus excelsa aus den Regenwäldern des nördlichen Queenslands und züchtete sie im Labor.Die Forscher rasierten ein paar Haare (die bis zu 7 oder 8 Millimeter messen können) und extrahierten das Gift.(Einige beschlossen dann, die Bäume zu adoptieren und in ihren Garten zu stellen).

Vorläufige Untersuchungen deuten darauf hin, dass das Toxin dieser Baumart chemisch ähnlich wirkt wie ein Skorpion oder eine Vogelspinne.Das Team entdeckte auch, dass dieses Toxin auf einen Ionenkanal abzielt, der als „Natriumvoltaikkanal“ bezeichnet wird und in allen Nervenzellen des Tierreichs vorkommt.Irina Vetter und Thomas Durek, Kollegen von Sam Robinson von der University of Queensland, forschen weiter, um herauszufinden, wie Stiche von Dendocnid excelsa thermische Allodynie verursachen.

„Ich kann nur sagen, dass es überraschend komplex ist, aber wir kommen voran“, sagt Sam Robinson.

Die chemische Kenntnis der verschiedenen Gifte ist ein Werkzeug, das es vielleicht ermöglichen wird, Krebs direkt zu bekämpfen.Die im Gift enthaltenen Peptide, kurze Aminosäureketten, manipulieren bestimmte zelluläre Signale, indem sie auf bestimmte Rezeptoren abzielen.Mit anderen Worten, einige Bestandteile des Giftes können die Produktion von Krebszellen hemmen, während gesunde Zellen in Ruhe bleiben.

In Großbritannien untersuchen Carol Trim, Professorin an der Christchurch University, und ihre Doktorandin Danielle McCullough ein Protein, das in einigen Krebszellen vorkommt (den EGF-Rezeptor) und wie das Gift von Schlangen, Skorpionen und Vogelspinnen die Aktivität dieses Rezeptors hemmt.In New York versucht Mandë Holford Peptide aus Schneckengift zu isolieren, um neue Therapien gegen Krebs und Schmerzen zu entwickeln.

Sie versucht auch, die Gene des Giftes zu entschlüsseln, indem sie Minidrüsen oder Organoide aus Stammzellen kultiviert.Anderen Forschern ist es kürzlich gelungen, giftige Schlangendrüsen zu züchten, aber Mandë Holford konzentriert sich lieber auf Schnecken und auf die Modellierung ihrer Gift-sezernierenden Organe.Sie hofft, eines Tages eine umfassende Bibliothek von Giftdrüsen erstellen zu können, die es uns ermöglicht, die Gene dieser Labororganoide zu untersuchen.

„Die Organoide werden es uns ermöglichen, diese Sprache nicht nur zu lernen, sondern auch zu manipulieren“, erklärt Mandë Holford, die auch Killer Snails gegründet hat, ein auf Bildungstechnologien spezialisiertes Unternehmen.„Letztendlich haben wir viel mehr Kontrolle darüber, was Giftpeptide für uns tun können."

Aber es liegt noch eine große Herausforderung vor uns: Die meisten Medikamente auf Giftbasis müssen gespritzt werden, da die Peptide sonst im Verdauungssystem abgebaut werden.Laut Steve Trim, Pharmakologe, Gründer von Venomtech Ltd.und Ehemann von Carol Trim, um eine Gifttablette zu entwickeln, muss das Molekül im Magen oder in der Leber widerstehen und sich im Blutkreislauf auflösen können.

Dazu müssen wir uns bemühen, Peptide zu rekonstruieren.Es ist ein Forschungsgebiet, das Steve Trime als „eine aufregende neue Wissenschaft“ bezeichnet.

Trotz aller Fortschritte in der Giftwissenschaft verliert Mandë Holford nie aus den Augen, dass all diese Arbeiten darauf basieren, das zu imitieren und zu manipulieren, was die Natur bereits erfunden hat.

„Tiere führen uns und sie führen uns mit Werkzeugen, von denen wir wissen, dass sie funktionieren“, sagt sie.Der Trick besteht jetzt darin, herauszufinden, wie sie funktionieren“.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf nationalgeographic.com in englischer Sprache.

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