Molte persone si sentono a disagio con i ragni, alcuni hanno persino paura di queste creature. Tuttavia, i ragni sono i benvenuti al Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME a Giessen, in Germania. Qui, il biochimico Tim Lüddecke e il suo team stanno indagando sulle tossine dei ragni. “Il veleno di ragno è una risorsa in gran parte non sfruttata, data la loro pura diversità: se ne conoscono circa 50.000 specie. Il veleno di ragno ha un enorme potenziale per la medicina, ad esempio come strumento per districare i meccanismi che sono alla base delle malattie”, afferma il capo del nuovo gruppo di lavoro “Animal Venomics”.
Di conseguenza, le azioni delle singole tossine sui recettori del dolore nelle cellule nervose possono essere esaminate in laboratorio. Il cocktail di veleno del ragno della ragnatela ad imbuto australiano è particolarmente promettente. Si ritiene che possa essere utilizzato per trattare il danno neuronale dopo l’ictus e che possa essere utilizzato per rendere i cuori più longevi per i trapianti di organi. Altri componenti sono interessanti per l’uso come antibiotici o come antidolorifici. “Questo è un campo di ricerca molto recente. Sebbene le sostanze siano state identificate e descritte, non hanno ancora raggiunto la fase preclinica”, afferma Lüddecke.
La situazione è diversa con la ricerca sui pesticidi. I ragni usano i loro veleni per sconfiggere le loro prede, ossia gli insetti. Poiché le tossine sono molto efficaci contro gli insetti, presentano eccellenti modelli per i biopesticidi che potrebbero essere utilizzati per proteggere le colture dagli insetti nocivi. La ricerca finora si è concentrata sui veleni di specie grandi o potenzialmente pericolose che vivono ai Tropici, mentre i piccoli e innocui ragni originari dell’Europa centrale non sono al centro della ricerca. “La maggior parte dei ragni dell’Europa centrale non supera i due centimetri di dimensione corporea e la loro minuscola produzione di veleno è insufficiente per gli esperimenti. Tuttavia, i metodi analitici altamente sensibili recentemente sviluppati ci consentono ora di esaminare anche le piccole quantità di veleno dalla maggior parte dei piccoli ragni precedentemente trascurata”, spiega Lüddecke. Il gruppo di lavoro presso la sede dell’istituto “Bioresources” del Fraunhofer IME di Giessen si sta dedicando a queste specie nell’ambito di un progetto di ricerca. Tra gli altri, lavorano con i colleghi dell’Università Justus Liebig di Giessen. Il lavoro è finanziato dal LOEWE Centre for Translational Biodiversity Genomics (LOEWE-TBG) di Francoforte sul Meno.
Particolare interesse per gli scienziati risiede nel ragno vespa (Argiope bruennichi), che deve il suo nome al suo vistoso colore da vespa. Recentemente hanno decifrato con successo il suo veleno e quindi identificato diverse nuove biomolecole. I risultati del loro studio sono stati pubblicati sulla rivista “Biomolecules”.
Nuove biomolecole dal veleno del ragno vespa
I veleni dei ragni sono molto complessi e possono contenere fino a 3000 componenti. Il veleno del ragno vespa, d’altra parte, contiene solo circa 53 biomolecole. È fortemente dominato da componenti ad alto peso molecolare, comprese le cosiddette proteine CAP e altri enzimi. Come in altri veleni di ragno, sono presenti i nodi, ma rappresentano solo una piccola frazione della miscela totale.
I nodi rappresentano un gruppo di peptidi neurotossici che, grazie al loro motivo a nodi, sono resistenti alla degradazione chimica, enzimatica e termica. Queste molecole possono quindi essere somministrate per via orale a scopo terapeutico senza essere digerite nel tratto gastrointestinale. Possono quindi esercitare molto bene i loro effetti e sono quindi di grande potenziale per la medicina. Inoltre, i nodi si legano specificamente ai canali ionici. “Più specificamente una molecola interagisce con la sua molecola bersaglio, meno effetti collaterali può innescare“, spiega Lüddecke. Inoltre, quantità anche minime di questi nodi influenzano l’attività dei canali ionici, cioè sono efficaci a basse concentrazioni. Di conseguenza, le terapie derivate possono essere somministrate a basse dosi. La combinazione di queste proprietà rende i veleni di ragno così interessanti per la scienza.
I partner del progetto hanno anche scoperto molecole nel veleno del ragno vespa che sono simili ai neuropeptidi degli insetti responsabili del trasporto di informazioni tra le cellule nervose. “Abbiamo trovato nuove famiglie di tossine simili a neuropeptidi che non sono ancora state identificate in altri ragni. Sospettiamo che il ragno vespa li usi per attaccare il sistema nervoso degli insetti. È noto da tempo che i neuropeptidi nel regno animale vengono spesso riutilizzati come tossine nel corso dell’evoluzione”, afferma il ricercatore.
Riprodurre le tossine in laboratorio
Poiché la produzione di veleno è bassa nei piccoli ragni, i ricercatori rimuovono le ghiandole velenifere e sequenziano il loro mRNA. Le tossine possono essere identificate in base alla sequenza genica. È stato completamente recuperato il profilo velenoso del ragno vespa; il passo successivo è produrre i relativi componenti. A tale scopo, la sequenza genica viene incorporata in una cellula batterica mediante biotecnologia, che poi produce la tossina. “Stiamo ingegnerizzando batteri geneticamente modificati che producono la tossina su larga scala”. Lüddecke e il suo team sono stati in grado di produrre in serie il componente principale del veleno del ragno vespa, la proteina CAP. A breve inizieranno i primi studi funzionali.
Il veleno dei ragni maschi e femmine è diverso
In un’altra recensione, il biochimico, in collaborazione con i suoi colleghi della Justus Liebig University di Giessen e ricercatori dell’Università australiana della Sunshine Coast, è stato in grado di dedurre che i veleni dei ragni sono molto dinamici e che molti fattori ne modellano la composizione e la funzionalità. “La dinamica del veleno di ragno è stata finora gravemente sottovalutata. Il repertorio biochimico è decisamente influenzato dallo stadio della storia della vita, dall’habitat e, in particolare, dal sesso. Anche il cocktail di veleno di giovani e adulti non è necessariamente identico. Questo è dovuto più all’interazione dei molti componenti che rende il veleno di ragno così efficace, piuttosto che agli effetti di una singola tossina. Le interazioni tra i componenti ne aumentano l’efficacia”, conclude il ricercatore.
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