Dal veleno di ragno alle applicazioni mediche

(Veleno di ragno-Immagine Credit Public Domain).

Le fobie sono spesso irrazionali per natura, specialmente nel caso dei ragni, poiché queste creature di solito hanno più paura degli umani che viceversa. Ma alcune specie sono una forza da non sottovalutare, ad esempio il ragno Latrodectus, più comunemente noto come Vedova Nera. Cattura la sua preda usando il veleno, per essere precisi, le latrotossine (LaTX), una sottoclasse di neurotossine o veleni nervosi. Un morso di una Vedova Nera può essere fatale per gli umani.

L’esatta struttura del veleno di ragno non era precedentemente chiara, ma il Prof. Christos Gatsogiannis dell’Istituto di fisica medica e biofisica dell’Università di Münster ha studiato la sostanza, non solo per la sua unicità, ma anche in vista di possibili applicazioni mediche. Usando la crio-EM e in collaborazione con gli ex colleghi di Gatsogiannis al Max Planck Institute di Dortmund e con i ricercatori della Jacobs University di Brema, il team di ricercatori di Münster è riuscito a spiegare la prima struttura di una latrotossina. 

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

Le neurotossine sono probabilmente note a molti non specialisti, sotto forma di botox, che viene spesso utilizzato nella chirurgia estetica. Il veleno della Vedova Nera, tuttavia, ha tutt’altro che un effetto “abbellimento”: laTX è stata sviluppata dalla natura principalmente per immobilizzare gli insetti o semplicemente ucciderli immediatamente. Nel processo, le tossine si agganciano a recettori specifici sulla superficie delle cellule nervose e provocano il rilascio di neurotrasmettitori, ad esempio attraverso un canale del calcio. Come risultato del costante afflusso di ioni calcio nella cellula, vengono emessi trasmettitori che portano a convulsioni.

Il team ha utilizzato la microscopia crioelettronica per rivelare le strutture delle tossine specifiche di insetti e crostacei (a destra) dalla Vedova Nera (a sinistra). Credito: Foto: nickybay.com; Figura: squadra di Gatsogiannis

Questo meccanismo è ciò che distingue le latrotossine da tutte le altre varianti delle cosiddette tossine poriformi. “Nonostante gli studi ad ampio raggio condotti per molti anni, non conoscevamo la struttura di queste tossine”, afferma Gatsogiannis. “Per questo motivo non siamo riusciti a capire il preciso meccanismo attivo”.

Vedi anche:Sindrome dell’intestino irritabile: peptide del veleno di ragno potrebbe fermare il dolore

Un aiuto è stato fornito dalla microscopia crioelettronica o crio-EM. Grazie a questo metodo tridimensionale, le biomolecole possono ora essere “fotografate” fino alla risoluzione atomica. Nel processo, i complessi proteici nell’etano liquido vengono congelati a meno 196 gradi, in millisecondi, in un sottile strato di ghiaccio amorfo, una forma di acqua solida. Vengono quindi catturate centinaia e migliaia di immagini che mostrano diverse viste delle proteine ​​e, in questo modo, consentono di riconoscere la struttura della neurotossina.

Utilizzando la crio-EM e in collaborazione con i ricercatori del Max Planck Institute di Dortmund e della Jacobs University di Brema, il team di ricercatori di Münster è riuscito a spiegare la prima struttura di una latrotossina. “La struttura generale di LaTX è unica ed è diversa in ogni modo possibile da tutte le altre tossine conosciute”, afferma Gatsogiannis.

Le nuove intuizioni sono fondamentali per comprendere il meccanismo molecolare della famiglia LaTX e aprono la strada a possibili applicazioni mediche, nonché allo sviluppo di un antidoto efficiente. Inoltre, queste informazioni sulle tossine specifiche degli insetti potrebbero aprire nuove opportunità per i pesticidi. Per le ricerche future, però, è fondamentale capire come si inserisce esattamente la tossina nella membrana, cioè nella superficie della cellula. “Al momento stiamo studiando la struttura di tutti i membri della famiglia delle latrotossine, in particolare come riconoscono esattamente i recettori specifici sulla superficie della cellula e come funzionano questi sensori“, spiega Gatsogiannis.

Il più grande ostacolo a questi piani è il fatto che la crio-EM non è ancora disponibile nell’area di Münster. Il Prof. Gatsogiannis e il suo team vogliono cambiare questa situazione: “L’importanza pratica per la ricerca medica è immensa”, afferma il Dott. Minghao Chen, l’autore principale dello studio ora pubblicato, “poiché la ‘funzione’ è direttamente collegata alla ‘struttura’ in un contesto biologico, ma il metodo è molto complesso e richiede un’infrastruttura ultramoderna”.

l team di ricerca prevede di introdurre presto questo metodo innovativo nel nuovo edificio di ricerca dell’Università di Münster, il Center for Soft Nanoscience (SoN).

Fonte:Nature