V o m Ja g d g ift zu r n e u e n S ch m e rzth e ra p ie

1 148|Biologiein unserer Zeit|32. Jahrgang 2002 |Nr. 3 Von im Meer lebenden Polypen, Quallen oder Kegel-schnecken ber Insekten wie Bienen oder Wespen bishin zu an Land lebenden Reptilien, Amphibien, V gelnoder S ugetieren giftige Tiere sind in fast allen Klassen desTierreichs vertreten [1, 6]. Abbildung 1 zeigt eine werden anhand unterschiedlicher Merkmale klassifiziert: nach ihrem Lebensraum, nach dem Bau ihrerGiftapparate oder der Beschaffenheit des Giftes, das sieproduzieren und nach der Rolle, welche die Gifte in ihremnat rlichen Umfeld spielen. Wir stellen im Folgenden giftige Vertreter unterschiedlicher Tierklassen vor, be-schreiben ihre chemischen Waffen und erl utern einigeAnwendungen biogener Gifte in der Grundlagenforschungsowie in der Entwicklung neuer medizinischer gibt es Gifte im Tier- und Pflanzenreich?

2 Tiere undPflanzen leben oft eng nebeneinander in Biotopen, in de-nen es nur begrenzt Wasser, Nahrung, Luft, Beutetiere oderSexualpartner gibt. Betrachtet man zum Beispiel ein Koral-lenriff ein Paradebeispiel f r das perfekt funktionierendeZusammenleben von Tieren und Pflanzen sieht man eineVielzahl von Organismen der unterschiedlichsten Klassenund Ordnungen: Die Grundstruktur, das Korallenriff, wirdvon Kalkskelett bildenden Polypen geformt, auf denen sichauch andere Arten von Nesseltieren oder Algen niederlas-sen. Viele Fische und andere marine Lebewesen m ssen ei-nem starken innerartlichen und zwischenartlichen Konkur-renzdruck widerstehen, um berleben zu k nnen. Unent-wegt findet ein Kampf um Nahrung und Ansiedlungsfl chesowie zur Abwehr von Fressfeinden und Infektionen durchPilze oder Bakterien statt.

3 Neben guter Tarnung steht einigen Tieren im Riff eineBatterie hochgiftiger Substanzen zur Feindabwehr und zumBeutefang zur Verf gung. Der st ndige Selektionsdruck,dem die Bewohner des dicht besiedelten Korallenriffs aus-gesetzt sind, bewirkt ein unentwegtes Wettr sten, ein Per-fektionieren der eigenen chemischen Waffen, aber auchder Abwehr gegen die Gifte der anderen Bewohner. DiesesPh nomen bezeichnet man als Koevolution, ein Prozess,der im Laufe der Evolution beraus wirksame Jagdgifte,aber gleichzeitig auch verbl ffende Beispiele von Schutz-mechanismen gegen Gifte hervorgebracht Jagdgifte der Tiere sind ein unersch pfliches Reservoir interessanter bioaktiver Substanzen der Toxine. Jedes Toxinerf llt eine besondere Aufgabe bei der Jagd und sorgt entweder f r L hmung, Verkrampfung oder Verdauung des Beutetiers.

4 F r die biologische Grundlagenforschung und f rdie Entwicklung neuer therapeutischer Wirkstoffe sind diesespezialisierten Jagdmolek le von gro em Nutzen. In derSchmerztherapie werden sie schon erfolgreich eingesetzt. Tiergifte in der biomedizinischen ForschungVom Jagdgift zur neuenSchmerztherapieILVAPU T Z I E R, ST E P H A NFR I N GSA B B. 1(A) Die Fangarme der Seeanemone (Anemonia sulcata) tragen winzige Nesselzellen. (B) Die W rfelqualle (Chironexfleckeri) geh rt zu den giftigsten Bewohnern tropischer Meere. (C) Kugelfische blasen sich bei Gefahr zu grotesker Gr e auf. Zu ihrer Verteidigung setzen sie das Nervengift Tetrodotoxin 3 |32. Jahrgang 2002 |Biologiein unserer Zeit|149T I E RGI FT E |B I OME DIZI NDie t dliche Umarmung der NesseltiereNesseltiere machen eine Vielzahl der im Riff lebenden Tiereaus.

5 Zu dieser Klasse geh ren Quallen, Korallen und auchSeeanemonen. Der Giftapparat der Nesseltiere besteht ausNesselkapseln, die meist auf Tentakeln sitzen und beiBer hrung aktiv werden, wobei sich projektilartig Wider-haken aus den Nesselzellen entladen. Diese bleiben in derHaut des Opfers stecken, w hrend das Gift ausgesch ttetwird. Seeanemonen bilden eine Ordnung, die nicht nur inFarbe und Erscheinungsbild vielf ltig ist, sondern auch eineVielzahl giftiger Substanzen produziert. Sie leben auf fes-tem Meeresgrund, dem Kalkskelett einiger Korallenartenoder sitzen auf anderen Tieren, wie zum Beispiel Einsied-lerkrebsen. Seeanemonen ern hren sich sowohl von Plank-ton als auch von Fischen, die sie mit ihren Nesselorganenfangen. Einige Anemonenarten leben allerdings auch inSymbiose mit anderen Tieren, wie zum Beispiel den Ane-monenfischen (Amphiprion percula).

6 Anemonenfischesch tzen sich durch einen speziellen Schleim, der die Ent-ladung der Nesselzellen verhindert. Die Fische k nnen sichso vor Fressfeinden in die Tentakeln des Wirts zur ckzie-hen ohne sich an den Nesselorganen zu vergiften: ein sch -nes Beispiel f r Koevolution. Im Unterschied zu Seeane-monen, deren Tentakeln eher eine geringe Reichweite be-sitzen, gehen Quallen mit ihren zum Teil meterlangen,dicht mit Nesselzellen besetzten Fangarmen in allen Welt-meeren auf Beutezug. Ihre Beute, meist Planktonorganis-men, aber auch kleine Fische, wird durch Nesselgift ge-l hmt, was das Fangen und Verspeisen erleichtert. Ihr Giftdient aber auch zum Schutz vor Fressfeinden. Geraten Menschen in die Tentakeln von Quallen der vorherrschen-den Arten in Nord- und Ostsee, ruft diese Begegnung zu-meist nur harmlose, lokale Hautreizungen hervor.

7 Quallendes indopazifischen Raums, wie die Seewespe (auch W r-felqualle, Chironex fleckeri,Abbildung 1), dem giftigstenMeerestier berhaupt, besitzen allerdings sehr starke Nes-selgifte. Sie verursachen Vergiftungssymptome, die vonOhnmacht bis zum Herzversagen reichen. Das Gift der Nes-seltiere enth lt Hilfsstoffe wie Enzyme, die Haut und Blut-zellen des Beutetieres aufl sen und damit den Weg freima-chen f r die Hauptkomponenten der Giftgemische: hoch-wirksame Nerven- und Herzgifte. Zu den nachgewiesenenGiften geh ren einerseits kleine Polypeptide, die auf !Ionenkan le in tierischen Membranen wirken, anderer-seits aber auch h molytisch wirksame Proteine wie im Giftder Portugiesischen Galeere (Physalia physalis).Fugu eine giftige DelikatesseEin u erst giftiger Bewohner des Pazifiks ist der Kugelfisch(Vertreter der Familie Tetradontidae) (Abbildung 1).

8 Erz hlt, anders als Seeanemonen, zu den passiv giftigen Tie-ren: Er setzt sein Gift Tetrodotoxin (TTX) nicht zum Beute-D AS PROB L E M DE R K L E I NE N ME NGEN|Ein wichtiger Aspekt bei der Untersuchung von Giften biologischer Herkunft ist die Gewin-nung des Giftes aus Tieren und seine Aufreinigung, also das Trennen der einzelnen Bestandteile und deren Charakterisierung [8]. Schlangen und Skorpione lassen sich relativeinfach melken . Schlangen werden am Kopf gepackt und dazu gebracht, ihr Gift in einenBeh lter auszusto en. Skorpione k nnen ebenfalls leicht zum Stich gereizt und ihr Giftkann aufgefangen werden. Anders sieht das bei Seeanemonen, Fischen, Fr schen oder Ke-gelschnecken aus, da sie entweder keine wirklichen Giftorgane besitzen, oder weil diese zuklein sind, um einzeln entladen zu werden.

9 Bei Fr schen beispielsweise wird deshalb nichtnur ihr Sekret gesammelt, sondern gleich die gesamte Haut, so dass man sehr viele Fr schezur Giftgewinnung t ten muss. Ein Beispiel f r die Schwierigkeit, die die Bestimmung einzelner aktiver Substanzen aus giftigen Tierextrakten bereitet, ist die Aufreinigung desGiftes des ecuadorianischen Baumsteigerfrosches Epipedobates tricolor. Nachdem J. bereits in den siebziger Jahren festgestellt hatte, dass das Hautsekret dieses Froschsopiat hnliche Eigenschaften besitzt, sammelte er ganze 750 Froschh ute dieser Art undisolierte daraus insgesamt 60 mg Alkaloide. Nach weiteren Aufreinigungen waren aus 750 Froschh uten gerade mal 0,75 mg einer fast reinen Substanz brig geblieben, viel zu wenig, um mit den damaligen spektroskopischen Methoden die Struktur der gesuchtenschmerzstillenden Substanz zu ermitteln.

10 Neues Material konnte nicht mehr gewonnenwerden, da die Anzahl der in Freiheit lebenden Tiere bereits stark zur ckgegangen musste man eine Weiterentwicklung der Messmethoden abwarten, bis Ende der80er Jahre die Struktur des Epibatidin mit Hilfe der Kernresonanzspektroskopie aufgekl rtwurde. Wenn die Struktur eines f r die Wissenschaft interessanten Toxins aufgekl rt ist,bem ht man sich deshalb, die Substanz synthetisch herzustellen.(D) Das Gift der schwarzen Mamba (Dendroaspis polylepis) enth lt gewebezerst rende Enzyme, die bei der Verdauung derBeute helfen. (E) Im Gift von Skorpionen (hier Tityus spec.) findet man Toxine, die eine Rolle bei der Erforschung von Ionen-kan len spielen. (F) Die Schwarze Witwe (Latrodectus mactans) besitzt das krampferzeugende -Latrotoxin. A und E: aus Teuscher und Lindequist, 1994 [9]; B, C, D und F: aus Habermehl, 1994 [1].