Wissenschaftler haben in Pfeilgiftfröschen ein „Toxinschwamm“-Protein entdeckt, das gefährliche Alkaloide sicher speichern kann und so eine potenzielle neue Möglichkeit zur Behandlung von Vergiftungen beim Menschen bietet. Ein neu entdecktes Protein hilft Pfeilgiftfröschen dabei, ein starkes Gift in ihrer Haut anzusammeln und zu speichern, mit dem sie sich gegen Raubtiere verteidigen.
Laut einer am 19. Dezember in der Fachzeitschrift eLife veröffentlichten Studie haben Wissenschaftler das Protein identifiziert, das Pfeilgiftfröschen dabei hilft, ihr gleichnamiges Toxin sicher anzusammeln. Die Entdeckung löst ein seit langem bestehendes wissenschaftliches Rätsel und könnte mögliche therapeutische Strategien zur Behandlung von Vergiftungen beim Menschen vorschlagen.
Alkaloide: Von Kaffee bis Froschhaut
Alkaloidverbindungen wie Koffein machen Kaffee, Tee und Schokolade köstlich und genussvoll, in großen Mengen können sie jedoch schädlich sein. Beim Menschen kann die Leber moderate Mengen dieser Verbindungen sicher verstoffwechseln. Winzige Pfeilgiftfrösche nehmen über ihre Nahrung viel mehr giftige Alkaloide auf, aber anstatt diese Giftstoffe abzubauen, reichern sie sie in ihrer Haut an, als Abwehrmechanismus gegen Fressfeinde.
„Wie Pfeilgiftfrösche hochgiftige Alkaloide in ihrem Körper transportieren, ohne sich selbst zu vergiften, ist seit langem ein Rätsel“, sagte Hauptautorin Aurora Alvarez-Buylla, Doktorandin am Fachbereich Biologie der Stanford University in Kalifornien, USA. „Wir wollten diese Frage beantworten, indem wir nach Proteinen suchten, die Alkaloide im Blut giftiger Frösche binden und sicher transportieren könnten.“
Alvarez-Buela und ihre Kollegen verwendeten eine Verbindung, die einem Giftfrosch-Alkaloid ähnelt, als „molekularen Angelhaken“, um Proteine anzuziehen und zu binden, die aus Blutproben von Diabrito-Giftfröschen extrahiert wurden. Die alkaloidähnliche Verbindung wurde biotechnologisch so verändert, dass sie unter Fluoreszenz leuchtet, sodass das Team die an den Köder gebundenen Proteine sehen konnte.
Als nächstes trennten sie die Proteine und beobachteten, wie jedes Protein mit den Alkaloiden in Lösung interagierte. Sie fanden heraus, dass ein Protein namens Alkaloid-bindendes Globulin (ABG) wie ein „Toxinschwamm“ wirkt, der Alkaloide sammelt. Sie ermittelten außerdem, wie das Protein an die Alkaloide bindet, indem sie systematisch testeten, welche Teile des Proteins für eine erfolgreiche Bindung der Alkaloide erforderlich sind.
Auswirkungen auf den Menschen und zukünftige Forschung
„ABG bindet an Alkaloide auf ähnliche Weise wie Proteine, die Hormone im menschlichen Blut transportieren, an ihre Ziele“, erklärt Alvarez-Buylla. „Dieser Befund könnte darauf hindeuten, dass die hormonverarbeitenden Proteine des Frosches die Fähigkeit entwickelt haben, mit Alkaloidtoxinen umzugehen.“
Die Autoren sagen, dass die Ähnlichkeit mit menschlichen Hormontransportern einen Ausgangspunkt für Wissenschaftler bieten könnte, die versuchen, menschliche Proteine biotechnologisch zu entwickeln, die Giftstoffe „adsorbieren“ können. „Wenn diese Bemühungen erfolgreich sind, könnte dies eine neue Möglichkeit zur Behandlung bestimmter Arten von Vergiftungen bieten“, sagte die leitende Autorin Lauren O’Connell, Assistenzprofessorin am Department of Biology in Stanford und Mitglied des Wu Tsai Neuroscience Institute. „Zusätzlich zu möglichen medizinischen Implikationen verfügen wir über ein molekulares Verständnis eines grundlegenden Teils der Giftfroschbiologie, das für zukünftige Studien zur Biodiversität und Entwicklung chemischer Abwehrkräfte in der Natur wichtig sein wird.“
Referenz: „Binding and Sequestration of Poison Frog Alkaloids by Plasma Globulin“ von Aurora Alvarez-Buylla, Marie-Therese Fischer, Maria Dolores Moya Garzon, Alexandra ERangel, Elicio ETapia, Julia Ttanzo, H Tom Soh, Luis A Coloma, Jonathan Z Long und Lauren AO'Connell, 19. Dezember 2023, „eLife“.
DOI:doi:10.7554/eLife.85096
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily