Фобии часто иррациональны по своей природе - особенно в случае с пауками, поскольку эти существа обычно больше боятся людей, чем наоборот. Но: некоторые виды представляют собой силу, с которой нужно считаться - например, паук Latrodectus, более известный как Черная вдова. Он ловит свою добычу, используя яд, а точнее, латротоксины (LaTX), подкласс нейротоксинов или нервно-паралитические яды. Укус черной вдовы может быть смертельным для человека. Точная структура нервно-паралитического яда ранее была неясна, но проф. Христос Гацогяннис из Института медицинской физики и биофизики Мюнстерского университета исследовал это вещество не только из-за его уникальности, но и с целью возможного медицинского применения. Используя крио-ЭМ и в сотрудничестве с бывшими коллегами Гацогянниса из Института Макса Планка в Дортмунде и с исследователями из Бременского университета Джейкобса, группе исследователей из Мюнстера удалось объяснить первую структуру латротоксина. Выводы команды опубликованы в журнале Nature Communications.
Нейротоксины, наверное, известны многим неспециалистам - в виде ботокса, который часто используется в косметической хирургии. Яд Черной вдовы, однако, имеет совсем не «украшающий» эффект: LaTX был разработан природой в первую очередь для того, чтобы обездвиживать насекомых или просто сразу убивать их. При этом токсины прикрепляются к определенным рецепторам на поверхности нервных клеток и вызывают высвобождение нейротрансмиттеров, например, через кальциевые каналы. В результате постоянного поступления ионов кальция в клетку выделяются медиаторы, что приводит к судорогам.
Этот механизм и отличает латротоксины от всех других вариантов так называемых порообразующих токсинов. «Несмотря на широкомасштабные исследования, проводившиеся в течение многих лет, мы не знали структуру этих токсинов», - говорит Гацояннис. «По этой причине не удалось понять точный активный механизм». Помощь была оказана в виде криоэлектронной микроскопии, или сокращенно крио-ЭМ. С помощью этого трехмерного метода биомолекулы теперь можно «фотографировать» с атомарным разрешением. При этом белковые комплексы в жидком этане замерзают при температуре минус 196 градусов за миллисекунды в тонкий слой аморфного льда, форму твердой воды. Затем делаются сотни и тысячи изображений, которые показывают разные виды белков и, таким образом, позволяют распознать структуру нейротоксина.
Используя крио-ЭМ и в сотрудничестве с исследователями из Института Макса Планка в Дортмунде и Бременского университета Джейкобса, группе исследователей из Мюнстера удалось объяснить первую структуру латротоксина. «Общая структура LaTX уникальна и всячески отличается от всех других известных токсинов», - говорит Гатсогианнис. Новое понимание имеет основополагающее значение для понимания молекулярного механизма семейства LaTX и прокладывает путь для возможных медицинских применений, а также для разработки эффективного противоядия. Кроме того, это понимание токсинов, специфичных для насекомых, может открыть новые возможности для пестицидов. Однако для будущих исследований важно понять, как именно токсин внедряется в мембрану, то есть на поверхность клетки. «В настоящий момент мы изучаем структуру всех членов семейства латротоксинов - в частности, как они точно распознают специфические рецепторы на поверхности клетки и как эти сенсоры функционируют», - объясняет Гацояннис.
Самым большим препятствием для этих планов является тот факт, что крио-ЭМ еще не доступна в районе Мюнстера. Профессор Гацогяннис и его команда хотят изменить это: «Практическое значение медицинских исследований огромно, - говорит доктор Минхао Чен, ведущий автор опубликованного исследования, - поскольку «функция» напрямую связана со «структурой» в организме». биологического контекста. Но этот метод очень сложен и требует ультрасовременной инфраструктуры». Исследовательская группа планирует вскоре внедрить этот инновационный метод в новом исследовательском здании Мюнстерского университета, Центре мягких нанонаук (SoN).