Etliche Tiere verwenden Gifte, um Feinde auszuschalten oder Beute zu machen. Auch Schlangen gehören zu diesen Giftmischern: Es sind inzwischen über 600 Arten bekannt, die toxische Cocktails produzieren – darunter die berüchtigte Brillenschlange. Forscher haben nun das Erbgut dieser Kobra im Detail entschlüsselt. Ihre Ergebnisse zeigen, welche Gene und Toxine entscheidend für die Giftigkeit der Schlange sind. Dies könnte in Zukunft bei der Entwicklung besser wirkender Gegengifte helfen – und womöglich auch Ansätze für neue Medikamente liefern, wie das Team berichtet.
Einige Schlangen haben im Laufe ihrer Evolution eine tödliche Waffe entwickelt: Sie produzieren Gifte, mit denen sie ihren Opfern den Garaus machen. Eigentlich haben es die Reptilien dabei zwar nicht auf Menschen abgesehen. Trotzdem kommt es immer wieder zu unglücklichen Begegnungen. So werden jedes Jahr rund fünf Millionen Menschen von Giftschlangen gebissen – im Schnitt 100.000 von ihnen kostet das Toxin der Tiere das Leben. Die rechtzeitige Verabreichung eines Gegengifts kann im Notfall die Rettung sein. Doch die verfügbaren Mittel sind nicht immer gleich effektiv und haben mitunter Nebenwirkungen. Mediziner hoffen, dass detaillierte Einblicke in das Erbgut der giftigen Reptilien dies in Zukunft ändern. “Ein umfassender Katalog von Toxin-Genen könnte die Entwicklung synthetischer Antivenine mit fein abgestimmter Zusammensetzung ermöglichen”, erklären Forscher um Kushal Suryamohan vom Biotechnologie-Unternehmen Genentech in South San Francisco. “Doch bisher sind nur wenige Schlangengenome veröffentlicht worden.”
Auch über die genetischen Eigenschaften der Brillenschlange (Naja naja) war bislang nur wenig bekannt. Diese unter anderem in Indien verbreitete Giftnatter stellt gerade für die ländliche Bevölkerung dort eine alltägliche Bedrohung dar. Sie zählt zu den sogenannten “Big Four” der medizinisch relevanten Schlangen Indiens. Um mehr über ihr Gift herauszufinden, hat Suryamohans Team nun ins Erbgut der Kobra geblickt – und erstmals ein hochwertiges Referenzgenom für diese Art publiziert. Für ihre Studie analysierten die Wissenschaftler sowohl die Gene als auch die Genexpression in 14 unterschiedlichen Gewebetypen. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass das Genom der Brillenschlange 23.248 proteinkodierende Gene enthält. Doch welche davon spielen eine Rolle für das Schlangengift – jenen proteinreichen Cocktail, der von speziellen Giftdrüsen produziert wird?
Giftdrüse im Fokus
Genauere Untersuchungen enthüllten, dass in der Giftdrüse der Kobra 12.346 proteinkodierende Gene exprimiert werden, darunter 139 Toxin-Gene. Sie enthalten unter anderem die Bauanleitung für einige sogenannte Drei-Finger-Toxine, die für ihre neurotoxische, kardiotoxische und gerinnungshemmende Wirkung bekannt sind. 19 dieser Gene sind den Forschern zufolge ausschließlich in der Giftdrüse aktiv und werden nirgendwo sonst im Schlangenkörper exprimiert. Sie stellen ihrer Ansicht nach die Schlüsseltoxine des Schlangengifts dar. “Zusätzlich sind in der Drüse eine Reihe von Genen aktiv, die für ihre modulierende Wirkung auf die Giftfunktion bekannt sind. Gemeinsam mit den 19 Toxinen lösen sie wahrscheinlich ein breites Spektrum von Symptomen aus wie kardiovaskuläre Störungen, Muskellähmungen, Übelkeit, verschwommene Sicht und Blutungen”, berichtet Suryamohans Team. “Wir glauben, dass die Neutralisierung dieser Kern-Gifteffektoren mithilfe von Antikörpern eine wirksame Therapiestrategie sein könnte.”
Bisher werden Gegengifte hergestellt, indem man Pferde oder Schafe den Toxinen der Giftschlangen aussetzt. Die Tiere produzieren daraufhin Antikörper, die isoliert und zur Behandlung von Patienten genutzt werden können. Das Problem jedoch: Unterschiedliche Immunreaktionen führen dazu, dass die so produzierten Antiseren nicht immer volle Wirkung bei den Betroffenen entfalten. Weil diese Antivenine zudem aus tierischem Eiweiß bestehen, droht den Behandelten die sogenannte Serumkrankheit. Hinzu kommt, dass die Produktion solcher Antiseren teuer ist und gerade in Entwicklungsländern daher oft der Zugang zu den Mitteln fehlt. Solche Schwierigkeiten könnten die nun gewonnenen Einblicke lösen helfen, wie die Wissenschaftler erklären. So lassen sich in Zukunft womöglich synthetische Varianten der wichtigsten Giftkomponenten herstellen und mit deren Hilfe auch dagegen wirksame Antikörper synthetisieren. Das Ergebnis wäre im Optimalfall schließlich ein Gegengift, das zielgerichteter wirkt und besser verträglich ist.
Neuer Ansatz für Therapien
Doch nicht nur das: Suryamohans Team hofft, dass die weitere Erforschung von Giftschlangengenomen eines Tages die Entwicklung eines effektiven Breitband-Antiserums ermöglicht. So zeigten Vergleiche mit den Giftdrüsengenen der Westlichen Klapperschlange (Crotalus viridis), dass sich die Giftigkeit beider Arten im Laufe der Evolution unterschiedlich entwickelt hat und ihr Gift aus teils ganz anderen Komponenten besteht. Die Brillenschlange verfügt demnach über 15 Toxin-Genfamilien, die bei ihrer Verwandten nicht vorkommen. “Wenn die Schlüsseltoxine von mehr Schlangenarten identifiziert werden, könnten Antikörper dagegen zu einem breit wirkenden Gegengift kombiniert werden”, so die Idee der Forscher. Gleichzeitig stellen Kataloge der wichtigsten Giftbestandteile ihrer Ansicht nach auch einen Fundus für potenzielle Wirkstoffe aus der “Apotheke der Natur” dar: Womöglich enthalten manche Schlangengifte Verbindungen, die sich als Medikament für bestimmte Erkrankungen eignen.
Quelle: Kushal Suryamohan (Genentech Inc., South San Francisco), Nature Genetics, doi: 10.1038/s41588-019-0559-8
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