Giftmischer am Werk

Die "Henne" im Labor der Kanalforscher - der afrikanische Krallenfrosch Xenopus laevis. Bild vergrößern
Die "Henne" im Labor der Kanalforscher - der afrikanische Krallenfrosch Xenopus laevis.

Um den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion von Ionenkanälen zu untersuchen, setzen die Forscher wie z.B. Walter Stühmer vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen einige der gefährlichsten Nervengifte aus dem Tierreich in ihren Experimenten ein. So können sie bestimmte Ionenkanäle gezielt blockieren, wie z.B. mit dem Tetrodotoxin (TTX) des Kugelfisches Fugu rubripes.

Das Gift blockiert die spannungsabhängigen Kanäle für Natriumionen, nicht aber für Kalium- oder Calciumionen. Es kann tödlich wirken, da es vor allem die empfindliche Atemmuskulatur sofort lähmt. Trotzdem ist der Kugelfisch bei Japanern eine beliebte Delikatesse. Eigens dafür ausgebildete und lizensierte Köche müssen allerdings die Innereien des Fisches, die den giftigen Stoff enthalten, bei der Zubereitung erst sorgfältig entfernen, wollen sie ihre Gäste nicht zu Tode bringen. Das Charybdotoxin, ein Gift des Skorpions, verstopft im Gegensatz zum Tetrodotoxin spannungsabhängige Kaliumkanäle.

Durch gezielte Mutagenese derjenigen Gene, die die Bauanleitung für einen solchen Ionenkanal enthalten, konnte Walter Stühmer exakt jene Kontaktstellen identifizieren, über die das Gift des Kugelfisches seine tödliche Wirkung entfaltet. Der Forscher veränderte die „Buchstabenfolge“ (Basensequenz) im Gen und erhielt auf diese Weise Kanalproteine, die sich in einer oder mehreren Aminosäuren vom natürlichen Ionenkanal unterschieden. Um die veränderten Ionenkanäle untersuchen zu können, injizierte er eine Kopie der DNA-Sequenz, die so genannte Boten-RNA, in Eizellen des Afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis.

Die Eizelle beginnt nun, nach Anweisung der Boten-RNA die entsprechenden Kanalproteine herzustellen. Mit diesem Trick gelingt es, Eizellen zu produzieren, in deren Zellmembran die Ionenkanäle von Nervenzellen sitzen, und man kann diese dort nun gezielt untersuchen. Stühmer und seine Mitarbeiter konnten zeigen, daß nach Austauschen einer einzigen Aminosäure, die sich nahe an der Kanalpore befindet, das Tetrodotoxin nicht mehr binden kann und deshalb wirkungslos bleibt.

Unbefruchtete Eizellen des Krallenfrosches werden zur Injektion von Boten-RNA vorbereitet. Bild vergrößern
Unbefruchtete Eizellen des Krallenfrosches werden zur Injektion von Boten-RNA vorbereitet.

Auf der Suche nach weiteren Giften, die für die Erforschung von Ionenkanälen hilfreich sein könnten, sind die Forscher auf die Kegelschnecke gestoßen. Sie schießt mit winzigen Giftpfeilen auf ihre Beute, darunter Würmer, Schnecken und mitunter sogar Fische. Bei einem Treffer entlädt sich ein wahrer Cocktail aus zwanzig bis zu hundertfünfzig verschiedenen Toxinen in das Beutetier, die zahlreiche Ionenkanäle gleichzeitig lahm legen und es so innerhalb weniger Sekunden töten. Viele der enthaltenen Gifte kennen die Forscher noch gar nicht. Sie sind aber von großem Interesse, da sie unter Umständen Ionenkanäle in bisher unbekannter Weise blockieren und somit neue Erkenntnisse über ihre Funktionsweise liefern könnten.

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