Synthetische Herstellung tierischer Toxine für Insektizide
Das Projekt β-TOXIN INSECTICIDE (The ß-scorpion toxin binding site as a potential target for new insecticides) untersuchte die Wirkung bestimmter Chemikalien auf Säugetiere und Insekten. Mit Techniken wie Patch-Clamp-Elektrophysiologie sollte vor allem die Wirkung auf den spannungsabhängigen Natriumkanal im Herzen beurteilt werden. Ein Durchbruch war die Entwicklung eines bakteriellen Expressionssystems für Skorpiongift, nachdem Probleme mit Proteinaggregation und Fehlfaltung überwunden werden konnten. Wird die Methode angepasst, könnte sie sich auch für andere schwierig herzustellende Giftstoffe eignen und die weitere Forschung in dieser Hinsicht beschleunigen. Bisphenol A (BPA) wird als Kunststoffadditiv eingesetzt und gilt als Umweltschadstoff und endokriner Disruptor (hormonähnliche Substanz). Um zu beurteilen, auf welche Weise BPA Organismen schädigt, untersuchten die Projektmitglieder dessen Interaktion mit dem Natriumkanal im Herzen. Die Ergebnisse zeigten, dass BPA den Kanaldurchfluss blockiert, aber auf einem Niveau weit unterhalb kritischer Werte. In Mutageneseexperimenten und an 3D-Molekül- bzw. Simulationsmodellen wurde eine Überlappung zwischen BPA-Bindungsstelle im Kanal und der Rezeptorstelle eines Lokalanästhetikums deutlich. Mit der Entdeckung des BPA-Zugangskanals steht nun der Weg für wirksamere Medikamente zur Behandlung von Schmerzen sowie Herz- und Muskelerkrankungen offen. Die Studienergebnisse könnten auch die Erstellung von gesundheitspolitischen Leitlinien zur Sicherheit von BPA-Grenzwerten vereinfachen. Pyrethroide sind organische Chemikalien, die häufig als Insektizide eingesetzt werden. Mittels bioinformatischer Modelle und Ligandenbindungsstudien untersuchten die Projektmitglieder die Wirkung verschiedener Pyrethroide auf Zecken und Milben. Offenbar kann selbst eine einzige ausgetauschte Aminosäure die Pyrethroidbindung in Natriumkanälen beeinflussen. Pyrethroide passen in die großräumige Bindungsstelle bei Zecken- oder Milbenkanälen, im Gegensatz zu den physikalisch bedingt engen Bindungsstellen bei Insekten. Solche strukturellen Erkenntnisse könnten die Entwicklung von Insektiziden beschleunigen, die gegen spezifische Zielinsektenarten wie die Milbenart Varroa destructor wirken. Anwendungen sind Schädlingsbekämpfung, Landwirtschaft und Imkereiwesen. Die Möglichkeit, tierische Giftstoffe in Bakterien zu produzieren, stimuliert weitere Forschungen zu Struktur-Funktions-Beziehungen und deren molekularen Wirkmechanismen. Die Entwicklung von Designer-Chemikalien wie Giftstoffen, Anästhetika und Kanalblockern können die globale Ernährungssicherheits- und biomedizinische Forschung stimulieren.
Schlüsselbegriffe
Skorpion, Spinnentoxin, Expressionsmethode, Bakterien, Patch-Clamp, Natriumkanal, Bisphenol A, Pyrethroide, Insektizid, Milben, Zecken, Struktur-Funktions-Analysen, Arzneimittelentwicklung
