Spinnentoxinschlägt einen neuen Weg, Nutzpflanzen vor Insektenplagen zu schützen, bietet Einblick in die menschliche Natriumkanäle

Verwendung Spinnentoxine , die Proteine, die Nervenzellen senden elektrische Signale lassen studieren , sagt Johns Hopkins Forscher sie auf einen biologischen Taktik, die eine neue Art von Nutzpflanzen vor Insektenplagen in eine sichere und umweltverträgliche Weise zu schützen bieten kann gestolpert.

Ihre Feststellung - die natürlich vorkommenden Insektengiftstoffekann tödlich für eine Art und harmlos für eine eng verwandte sein - legt nahe, dass Insektizide können entwickelt, um spezifische Schädlinge ohne Schädigung Nützlinge wie Bienen Ziel sein. Eine Zusammenfassung der Studie, die von Frank Bosmans , Ph.D., ein Assistent Professor für LED Physiologie an der Johns Hopkins University School of Medicine, wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht .


A ist die deutsche Plötze oder Croton bug , Ella germanica . B ist die Amerikanische Schabe , Periplaneta americana . C ist der australische Küchenschabe , Periplaneta australasiae . D ist die flügellosen Weibchen des orientalischen Plötze, Blatta orientalis . E ist die geflügelten Männchen der orientalischen Plötze .
Credit: US Department of Agriculture

"Die meisten Insektizide heute einen Bombenteppich Ansatz , wahllos töten und manchmal sogar zu verletzen Menschen und anderen Tieren ", sagt Bosmans . " Je spezifischer Ziel ein Toxin , das weniger gefährlich es ist für alles andere. "

Ihre Feststellung begann mit dem verwechselt Aufnahme eines Proteins , genannt Dc1a , in einer Sendung von australischen Mitarbeiter des Teams gesendet. Das Protein wurde aus dem Gift der Wüste BuschspinneDiguetia Canities , die in den Wüsten der südwestlichen Vereinigten Staaten und Mexiko lebt und ist für den Menschen ungefährlich extrahiert.

Wenn Bosmans ' Australian Mitarbeiter die Auswirkungen der Dc1a auf Proteine ​​aus Amerikanische Schaben geprüft , reagierte die Proteine ​​sehr schwach , so dass sie nicht über das Senden Dc1a zu Bosmans für weitere Untersuchungen geplant. Aber es wurde versehentlich mit anderen Spinnengift Proteine ​​für Bosmans ' Gruppe zu testen enthalten , sagt Bosmans , so sein Labor tat.


Dies ist die Wüste BuschspinneDiguetia Canities .
Credit: National Park Service

Die Bosmans Laborstudien Proteine, sogenannte Natrium-Kanäle , die in der äußeren Hülle von Nervenzellen im ganzen Körper zu finden sind. Stimuli , wie der akuten Druck von Schlagen Sie Ihre Finger mit einem Hammer , an die Proteine ​​mitgeteilt , dass sie zu ihren Poren zu öffnen , so dass Natriumströmein . Die positive Ladung von Natrium bewirkt ein elektrisches Signal nach unten den Nerv zu richten an und erreichte schließlich das Rückenmark und Gehirn so kann der Körper reagieren.

" Natriumkanäle sind die schnellsten Ionenkanäle in den menschlichen Körper und werden benötigt, um fast jede Empfindung erfahren , so dass sie Mutationen können zu schweren Erkrankungen der Nerven, Muskeln und Herz führen" Bosmans sagt . Das macht sie ein kritisches Ziel für wissenschaftliche Studie .

Um die Kanäle besser zu verstehen , Bosmans und sein Team legen Gen des Proteins in Froscheiern , die groß und leicht zu studieren sind . Sie können dann mit Elektroden , um die Strömung von Natrium in den Zellen zu überwachen. Zugabe Spinnengiftstoffe , die die Funktion der Kanäle beleuchtet Aktivität der Kanäle , da verschiedene Toxine hemmen verschiedene Teile des Proteins , wodurch verschiedene Effekte stören. Neben der Prüfung der Menschennatriumkanäle, arbeitet das Team manchmal mit Natriumkanäle von Insekten.

Weil sein Labor kürzlich erworbenen das Gen für die Deutsche Schabe Natriumkanal " getestet Team Dc1a auf dem Protein und sah einen überraschenden Anstieg der Kanäle Bosmans Aktivität. " Natrium in die Zelle gegossen. In einer Wanze , die massiven Anfällen führen würde , ähnlich wie einen Stromschlag ", sagt Bosmans . "Zum Glück , das Toxin nicht auf die menschliche Natriumkanäle zu handeln. "

Neugierig auf die Differenz zwischen den beiden Schabenarten ' Kanäle , sie zum ersten Mal identifiziert den Bereich des Kanals , dass das Toxin Ziele , aber es stellte sich heraus, genau das gleiche in den zwei Bugs . Tiefer , eine Region, fanden sie in der Nähe, von nur zwei Aminosäuren , die Grundbausteine ​​der Proteine ​​unterschieden . Wenn Mutationen wurden in der deutschen Fassung , so daß ihre Aminosäuren waren die gleichen wie die amerikanische Version ist , reagierte die Deutsche Schabe Natriumkanal wie die amerikanische.

Nächste Schritt des Teams ist es , um das Toxin auf andere Insektenarten zu testen, um seine vollständige Palette zu bestimmen. Nun, da sie wissen, wie wichtig diese Region von Natriumkanälen ist , Bosmans sagt Forscher wissen, um auf Mutationen dort zu suchen , wie sie versuchen , den Mechanismus für verschiedene menschliche Krankheiten zu finden. Es kann auch möglich sein, Medikamente, die in der eigenen Website in überaktiven Natrium-Kanäle blockieren erstellen.