Laut der Weltgesundheitsorganisation WHO werden jährlich etwa 5,4 Millionen Menschen von Schlangen gebissen. Bis zu 140000 sterben an den Folgen. Der Biss einer giftigen Schlange kann zu Atemlähmung, Nierenversagen, Blutgerinnungsstörungen und Gewebeschäden führen. Kein Wunder also, dass viele Menschen Schlangen und anderen Gifttieren mit Respekt, Ekel oder gar Angst begegnen. Auch Spinnen zählen für viele nicht gerade zu den Lieblingstieren.

Anders für Tim Lüddecke, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Giessen (Deutschland). Für ihn sind Gifttiere keine Schreckensgestalten, sondern Forschungsobjekte von unschätzbarem Wert. «Ich habe mich schon immer für exotische Krabbeltiere, aber auch für unsere einheimischen Arten interessiert», erzählt er. «Gerade die giftigen Vertreter haben mich schon als Kind fasziniert.» Er habe schon im Kindergarten herumerzählt, dass er Tiergiftforscher werden wolle – und so kam es dann auch.

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Wie Spinnen «gemolken» werden

Im Labor von Tim Lüddecke wimmelt es nur so von Tieren, um welche andere einen weiten Bogen machen würden. Spinnen, Skorpione und verschiedene Insekten krabbeln in gläsernen Behältern und warten darauf, «gemolken» zu werden. Die Analogie zu Kühen ist jedoch weit hergeholt, dann das Gift von Arthropoden ist nicht nur mengenmässig geringer vorhanden, sondern auch schwieriger zu gewinnen als Kuhmilch. Doch Tim Lüddecke und sein Team sind darin routiniert. «Bei grossen Spinnen ist die Giftgewinnung überhaupt kein Problem. Das Tier wird mit CO2 ein wenig betäubt, am Vorderkörper gegriffen und dann lässt man es durch eine Membran beissen», erklärt der Forscher. Durch kleine Elektroschocks stimuliert man dann die Muskeln an den Giftdrüsen, so dass das Gift freigesetzt wird und vorsichtig aufgenommen werden kann. «So können wir zum Beispiel Vogelspinnen ‹melken›, ohne ihnen zu schaden oder selbst in Gefahr zu geraten», so Lüddecke.

Der Aufwand lohnt sich, davon ist Tim Lüddecke überzeugt. Denn das Gift von Spinnentieren ist für die Forschung hochinteressant. «Viele Toxine haben sich evolutiv so entwickelt, dass sie spezielle Strukturen im Körper ihrer Opfer lahmlegen oder überstimulieren, sei es während des Beutefangs, der Verteidigung oder dem Wettbewerb unter Artgenossen. Wenn solche Strukturen an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind, kann die Wirkweise des Toxins genutzt werden, um neue Wirkstoffe dagegen abzuleiten.»

So sind Gifte, die auf das Nervensystem abzielen, im Fokus, um neurologische Krankheiten zu heilen.Andere Komponenten von Toxinen könnten gegen Sepsis helfen, antibiotisch oder schmerzstillend wirken oder gegen Krebszellen aktiv sein. Gemessen daran, dass ein einziges Spinnengift bis zu 3000 einzigartige Komponenten enthält, ist die Wahrscheinlichkeit gross, dass sich darunter eine medizinisch relevante befindet. «Wenn man dann noch bedenkt, dass von den rund 50000 bekannten Spinnenarten erst lediglich 100 hinsichtlich ihrer Gifte untersucht sind, ergibt sich daraus eine riesige Chance für die Medizin», ist Tim Lüddecke überzeugt.

Zugelassene Medikamente aus Tiergiften
Captopril
Wirkstoffgruppe: ACE-Hemmer
Ursprung: Jararaca-Lanzenotter (Bothrops jararaca)
Einsatz: Herzinsuffizienz, Bluthochdruck

Tirofiban
Wirkstoffgruppe: Thrombozytenaggregationshemmer
Urspung: Sandrasselotter (Echis carinatus)
Einsatz: Thrombose-/Infarktprophylaxe

Eptifibatid
Wirkstoffgruppe: Thrombozytenaggregationshemmer
Urspung: Zwergklapperschlange (Sistrurus miliarius)
Einsatz: Koronare Herzkrankheiten, Infarktprophylaxe

Ziconotid
Wirkstoffgruppe: Analgetikum
Ursprung: Zauberkegelschnecke (Conus magus)
Einsatz: Gegen schwere chronische Schmerzen

Aus wenig mach mehr

Das kleine Tröpfchen gewonnenes Gift steht erst am Anfang einer langen, komplizierten Kette von Schritten, um dessen Komponenten zu entschlüsseln und einen eventuellen Nutzen für die Medizin finden zu können. Ist die Giftmenge ausreichend gross, wird sie mithilfe chromatografischer Methoden im Labor in ihre Einzelbestandteile aufgetrennt. Allerdings kann man die für diese Methoden notwendige Menge oft gar nicht aus den meist kleinen Tieren gewinnen, weswegen Tim Lüddecke und sein Team sich dem noch jungen Forschungsfeld der Venomik widmen. So erlaubt die rasant fortschreitende Entwicklung im Bereich der Systembiologie mit ihrer gesteigerten Sensitivität und Präzision, auch kleinste Mengen von Giften zu analysieren. Oder aber, man untersucht statt des Gifts dessen genetische Grundlage.

So kann sich das Forschungsteam um Lüddecke auch einheimischen Arten wie der Wespenspinne widmen. «Anstatt ihr Gift zu gewinnen, entnehmen wir den Tieren die Giftdrüsen und sequenzieren das sogenannte Transkriptom.» Wenn man sich die Gene eines Organismus wie ein grosses Kochbuch vorstellt, so sucht sich eine Zelle daraus lediglich jene Rezepte, die sie gerade braucht und schreibt sie ab. Diese abgeschriebenen Rezepte sind die RNA-Moleküle, die zusammen genommen das Transkriptom bilden. Ein Transkriptom zeigt also, welche Gene in einer Zelle gerade aktiv sind. Diese Gensequenzen können mithilfe von komplizierten Methoden isoliert und in Bakterien eingebaut werden, die dann wiederum das Rezept lesen und die entsprechenden Giftkomponenten herstellen – und das bis zur gewünschten Menge, die ausreicht, um weiteranalysiert zu werden. Dass Bakterien spezielle Stoffe produzieren, ist ein bereits länger bekanntes Verfahren. So wird seit den 1980er-Jahren Insulin aus gentechnisch veränderten Bakterien gewonnen, und damit das Leben vieler Diabetiker gerettet.

So entdeckte Lüddecke, dass das Gift der heimischen Wespenspinne (Argiope bruennichi) im Vergleich zu anderen Spinnengiften recht einfach aufgebaut ist. Während die meisten Spinnengifte bis zu 1000 Komponenten besitzen, besteht das Gift der Wespenspinne aus nur etwa 50 Bestandteilen. Doch diese sind deswegen nicht weniger interessant, im Gegenteil: «Normalerweise wird davon ausgegangen, dass im Spinnengift die kleinen Peptide – winzige Bestandteile von Proteinen – die neurotoxischen Hauptkomponenten sind», berichtet Lüddecke. Bei den Wespenspinnen spielen diese jedoch kaum eine Rolle, während grössere Proteinbestandteile die Hauptfunktion zu übernehmen scheinen. «Sie weisen Ähnlichkeiten mit jenen Peptiden von Insekten auf, von denen wir uns versprechen, dass sie auch auf das zentrale Nervensystem wirken könnten.» Wogegen diese Komponenten genau wirksam sein könnten, bleibt Gegenstand der aktuellen Forschung.

Grundlagen für neue Medikamente

Weiter ist das Team um Tim Lüddecke hingegen beim Gift des Bücherskorpions (Chelifer cancroides). Dieses knapp vier Millimeter kleine Tierchen lebt als Jäger von Hausstaubmilben und Bücherläusen im Verborgenen in vielen Haushalten. Für den Menschen ist der Bücherskorpion völlig harmlos. Im Gegensatz zu den echten Skorpionen hat diese Art ihre Giftwerkzeuge vorne an den Scheren. Das Gift des Winzlings wird unter dem Mikroskop gewonnen. Bei der näheren Untersuchung machten die Forschenden eine ungewöhnliche Entdeckung: «Wir haben per Zufall entdeckt, dass das Toxin von Bücherskorpionen gegen Krankenhauskeime wirkt. Erst wussten wir nicht, was die gefundenen Moleküle tun, also haben wir sie gegen alle möglichen Krankheitserreger getestet, so auch gegen den gefürchteten MRSA-Keim, der schwer behandelbare Infektionen verursacht», berichtet Lüddecke.

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Doch bevor gejubelt werden kann, müssen klinische Studien erst herausfinden, ob das Gift des Bücherskorpions zu unerwünschten Nebenwirkungen führen kann. Vielleicht greift das Gift nicht nur bakterielle, sondern auch menschliche Zellen an. Trotzdem eröffnet die Entdeckung schon jetzt den Horizont von Medizinern und Forschern. «Sie zeigt, dass man nicht nur aus Toxinen von Schlangen und grossen Giftspinnen spannende und nützliche Biomoleküle für die Medizin erschliessen kann, sondern auch aus dem Gift kleinerer Tiere aus unserer unmittelbaren Umgebung», so Lüddecke. Trotzdem schaut Tim Lüddecke gerne über den Tellerrand. Seine Forschungsreisen führten ihn bereits in denRegenwald Südamerikas, in das Outback Australiens und in die Wüste Negev – immer auf der Suche nach giftigen Tieren: «Die Biodiversität ist enorm wichtig für die Suche nach neuen Wirkstoffen für Medikamente. Jede Tiergruppe hat völlig einzigartige Toxine ent-wickelt, die sich womöglich auch ebenso vielfältig nutzen lassen. Artenvielfalt ist damit eine wertvolle Bioressource für die Menschheit.» Dass Spinnen, Schlangen und Skorpione giftig sind, dürfte dabei wohl den meisten bekannt sein. Jedoch gibt es auch unter den Wirbeltieren giftige Vertreter.

Der Zweifarbenpirol (Pitohui dichrous) auf Neuguinea zum Beispiel gehört zu einer von sechs bekannten giftigen Vögeln. Im Gegensatz zu anderen Vögelnfangen die Einheimischen daher die Pirole auch nicht, da sie als ungeniessbar gelten. Das in Haut und Federn enthaltene Homobatrachotoxin gehört zu den stärksten bekannten Toxinen der Welt und führt zu Muskelkrämpfen. Es ist dasselbe Gift, welches man auch in Pfeilgiftfröschen findet. Doch nicht nur die südamerikanischen, bunt gefärbten Frösche sind giftig, sondern alle Amphibien, wenn auch in unterschiedlichem Masse.

Biodiversität als Schlüssel

Tim Lüddecke sieht auch hier grosses Potenzial: «Komponenten aus dem Gift von Unken binden sehr spezifisch an Krebszellen. Man kann sie mit Markierungsstoffen versehen, um so im Patienten Krebszellen zu finden und eine chirurgische Entfernung zu erleichtern.» Bis jetzt gebe es jedoch noch keine Amphibien-toxine auf dem Markt, doch relativ viele Vertreter hätten es in fortgeschrittenen klinischen Studien geschafft, berichtet Tim Lüddecke. Final seien sie dort aber alle gescheitert. «Ein wichtiges Beispiel ist das Epibatidin aus dem Hautdrüsensekret von Baumsteigerfröschen. Eine künstliche Variante davon, die ungefähr 200-mal stärker wirkt als Morphin, wurde eingehend auf die Tauglichkeit als Schmerzmittel untersucht. Es führte jedoch zu starken Nebenwirkungen wie Magenkrämpfen, Übelkeit und Erbrechen und wurde deshalb final nicht zugelassen.»

Grundsätzlich ist es von Tim Lüddeckes Labor bis in die Apotheke ein langer Weg, denn Medikamentenentwicklung ist langwierig und teuer. Trotzdem ist er zuversichtlich, dass es die Gifte seiner Tiere irgendwann in die medizinische Anwendung schaffen. Doch er sieht auch die Dringlichkeit, die Artenvielfalt als wichtige Bioressource zu schützen, denn viele giftige Tiere sind vom Aussterben bedroht. So gehören Amphibien zu der am stärksten bedrohten Tiergruppe weltweit. «Von den 7000 Arten, die alle giftig sind, kennen wir die Toxine nur von ganz wenigen. Da sie alle einzigartige Komponenten beinhalten, heisst dies im Umkehrschluss, dass mit jeder Amphibienart, die ausstirbt, auch die potenziellen Wirkstoffe aussterben», so Lüddecke. «Wahrscheinlich haben wir so einige Komponenten, die gegen Krebs, Schmerzen, Depressionen oder Herzkrankheiten eingesetzt werden könnten, schon längst verloren.»