Ui, Spinne!

Deshalb sei es effizienter, per Gen-Analyse die Funktion der Giftdrüsen zu entschlüsseln, um die Gene zu identifizieren, die für die Produktion der einzelnen Substanzen verantwortlich sind. Im Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie (Fraunhofer IME-BR) in Gießen, das Vilcinskas leitet, werden dann vielversprechende Substanzen, in der Regel Eiweißverbindungen, direkt hergestellt. Dies geschieht mittels gentechnischer und bio-informatischer Werkzeuge – bei kleineren Peptiden synthetisch oder mit Hilfe gentechnisch veränderter Mikroorganismen, bei den größeren Proteinen eher in Zellkulturen. „So erhalten wir genügend Ausgangsmaterial, um in weiteren Schritten ihre mögliche Wirkung zum Beispiel auf Krankheitserreger oder Tumorzellen, aber auch auf ihre Wirksamkeit gegen Schmerz oder Diabetes untersuchen zu können.“

Mehr als einhundert Mal sind Gifte im Tierreich unabhängig voneinander entstanden; auf der ganzen Welt und in hunderten Millionen Jahren der Evolution, heißt es seitens der JLU Gießen. Immer wieder wurden der Giftcocktail sowie dessen Injektionsapparate, den jeweiligen Verhältnissen angepasst, viele dieser Gifte wirken neurotoxisch oder als Zellgift. Diese Schlüsselfunktionen beeinflussen nicht nur den normalen Stoffwechsel, lähmen zum Beispiel oder töten, sondern sie wirken auch in einem Krankheitsgeschehen – ein Zellgift kann Tumorzellen absterben lassen, ein Neurotoxin etwa die Weiterleitung von Schmerz verhindern. Gerade die ungeheure Vielzahl der spezifischen Aktivitäten der Toxine berge ein enormes Potential, heißt es bei der JUL Gießen. Die teils hochgiftigen Substanzen sind nicht nur tödlich, sondern bisweilen auch ein Hoffnungsträger, eine noch weitgehend unerforschte Schatztruhe.

Gemeinsame Forschungen

Im COST Action European Venom Network haben sich die zu Tiergiften Forschenden Europas zusammengetan, darunter auch die Wissenschaftler aus Gießen, Sie wollen gemeinsam Methoden und Verfahren entwickeln, um bisher unbekannte giftige Tiere und die Wirkweise ihrer Gifte zu erforschen. Nahezu unbekannt sind etwa die wirbellosen Arten. Doch auch scheinbar Bekanntes wirft noch viele Fragen auf: Das Gift der Honigbiene beispielsweise wird in der traditionellen Medizin verschiedener Kulturkreise seit Jahrhunderten eingesetzt. Neuere Studien legen nun ebenfalls einen möglichen Einsatz im Bereich der Tumorbekämpfung und als Entzündungshemmer nahe, berichtet Andreas Vilcinskas. Bienengift ist auch ein Cocktail aus verschiedenen Toxinen und bislang wurden nur wenige Formen des (hauptsächlichen) Wirkstoffes Melittin einzelner Bienenarten bezüglich ihrer therapeutischen Wirkweise untersucht; die molekularen Mechanismen blieben dabei noch weitgehend unklar. Neu entdeckte Melittin-Varianten der Gießener Forscher schärfen nun jedoch das Bild – zumindest hinsichtlich ihrer spezifischen Giftigkeit gegenüber bestimmten menschlichen Krebszellen.

Die heimische Tierwelt entdecken

Der Fokus der Forschung lag bisher kaum auf der heimischen Tierwelt, das eher schwache Gift, etwa von Bienen oder Kreuzottern, schien wenig therapeutische Wirkung zu versprechen. „Die bekanntesten Gifttiere wie zum Beispiel Würfelquallen oder Seeschlangen stammen aus den tropischen Regionen der Welt. Auch die Mehrzahl der aus Tiergiften gewonnenen therapeutischen Wirkstoffe hat dort ihren Ursprung“, sagt Andreas Vilcinskas. „Allerdings setzt das Nagoya-Protokoll der Erforschung des therapeutischen Potentials inzwischen Grenzen – es soll Bio-Piraterie verhindern.“

Nicht nur Vilcinskas und die Forschenden in Gießen konzentrieren sich daher zunehmend auf die heimische Gifttierfauna. Denn auch die ist groß und wohl bisher durchaus unterschätzt: die Wespenspinne, die Schlupfwespe, der Feuersalamander zum Beispiel – „sie alle produzieren hochwirksame, aber nur wenig untersuchte Giftgemische“, sagt Andreas Vilcinskas.

Vielversprechende Spinnengifte

Besonders interessant für die Forschenden sind Spinnengifte, ihre Komponenten gelten als äußerst vielversprechende Ausgangsstoffe für die Entwicklung von Pharmazeutika. „Verzeichnet sind weltweit allein knapp 50.000 Spinnenarten, die über mehr als zehn Millionen potentiell wirksamer Substanzen verfügen könnten – allerdings ist der Wissenschaft davon erst weniger als ein Prozent bekannt“, bilanziert Vilcinskas. Bislang konzentrierte sich die Wissenschaft auf die Spinnen der Tropen, vor allem Vogelspinnen oder Schwarze Witwen. So wurden aus den Giften von afrikanischen und australischen Spinnen beispielsweise Moleküle isoliert, die ein vielversprechendes Potenzial bei der Behandlung von Epilepsie und Schlaganfällen haben könnten.

Doch ein nicht unerheblicher Teil dieser unerschlossenen Bio-Ressource krabbelt hierzulande auf acht Beinen durch die Gegend. „In Deutschland gehen wir von rund eintausend Spinnenarten aus, die über ein Wirkspektrum verfügen könnten. Weniger als zehn davon sind bisher näher untersucht worden,“ sagt Vilcinskas. Deshalb erforsche man in Gießennun gezielt die Zusammensetzung und der Anwendungsmöglichkeiten von Giften der heimischen Spinnentiere. „Schwerpunkte bilden dabei sowohl Effekte gegen Krankheitserreger wie Bakterien oder Viren als auch der Einsatz in der Landwirtschaft als umweltverträgliche Schädlingsbekämpfungsmittel.“

Fündig wurden die Wissenschaftler bereits unter anderem in der einheimischen Wespenspinne (Argiope bruennichi). Ein Forscherteam von JLU und Fraunhofer IME-BR fand in ihr eine bislang bei Spinnen selten identifizierte Toxinfamilie, die CAP-Toxine, als Hauptkomponente.

Es ist auch mittels der eingangs erwähnten Bio-Technologie immer besser möglich, die niederpotenten, also weniger giftigen, Tiere heimischer Gefilde zu untersuchen, die Zusammensetzung ihrer Gifte zu entschlüsseln, die jeweiligen Toxine zu isolieren und sie in ausreichender Menge dar- und zur Verfügung zu stellen. Inzwischen sei klar, dass auch die heimische Gifttierwelt ein enormes Potenzial berge.

Der Biologe Tim Lüddecke vom Fraunhofer IME-BR und Leiter der Arbeitsgruppe „Tiergifte“ hat sich in seiner Doktorarbeit vor allem mit dem Gift der Wespenspinne beschäftigt. Er fand unter anderem heraus, dass es anders und weniger komplex ist als das seiner tropischen Verwandten. Dies erkläre sich vermutlich aus einer evolutionären Anpassung hin zu einer Spinnennetz-basierten Jagdstrategie, weshalb das Gift dieser Art viele Komponenten verloren habe. Das ungewöhnliche Gift der Wespenspinne zeige, dass es durch die Berücksichtigung bisher vernachlässigter Gifttiere auch viel über die allgemeine Biologie dieser Tiere zu lernen gebe. „Nur die Einbeziehung bislang vernachlässigter Spezies wird es ermöglichen, die Schatztruhe an neuen Biomolekülen vollumfänglich zu erschließen“, meint Lüddecke.

Die Forschenden in Gießen vermuten, dass die nächste Generation an pharmazeutischen Wirkstoffen durchaus in Tiergiften zu finden sei – man müsse sie nur finden. Und ein Verlust von Artenvielfalt, wie er derzeit stattfinde, sei immer auch ein Verlust an Chancen. //