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Gefährliche Biowaffe braucht Zucker, um zu töten

Forscher finden eine Möglichkeit, Zellen immun gegen Rizin zu machen

21.09.2017

(c)privat

Jasmin Taubenschmid, Doktorandin am IMBA und Erstautorin der Studie mit einer Rizinpflanze.

Das Pflanzengift Rizin ist einer der giftigsten Eiweißstoffe, die es in der Natur gibt und damit eine der gefährlichsten Biowaffen. Immer wieder ist von Rizin-Attentaten zu lesen, wie etwa dem spektakulären Regenschirmattentat der Siebziger Jahre in London oder zuletzt den „Ricin-Letters“, die 2014 an Barack Obama adressiert waren. Glücklicherweise wurden letztere abgefangen, denn Gegengift gibt es keines.

Einmal in den Organismus gelangt, entfaltet Rizin seine toxische Wirkung. Es zerstört in den Zellen die Proteinfabriken, die sogenannten Ribosomen, und beendet die fundamentalen Prozesse des Lebens radikal. Bereits winzige Dosen können innerhalb von 36 bis 72 Stunden zum Tod führen. Die Pflanze – Ricinus communis – die das tödliche Gift hervorbringt, wächst übrigens in so manchen Vorgärten und Parkanlagen. Das aus den Samen gewonnene Rizinusöl wird medizinisch und industriell genutzt - das wasserlösliche Gift kann aus der Samenschale gewonnen werden. Seit Jahrzehnten sind Wissenschaftler auf der Suche nach einem wirkungsvollen Gegengift für diese Biowaffe. Zellgifte wir Rizin liefern der Biologie aber auch wichtige Erkenntnisse über die molekularen Eigenheiten einer Zelle. Etwa, welche Anlaufstellen ein Gift benutzt, um in die Zelle zu kommen und wie es an den Ort in der Zelle gelangt, wo es lebenswichtige Prozesse verhindert. Und wie sich eine Zelle davor schützen kann.

Rizin braucht Zugangscode aus Zucker

Wie Forscher am IMBA nun herausfanden, liegt der Schlüssel im Zucker. Sie identifizierten zwei Gene, die Rizin so tödlich machen. Fut9 und Slc35c1 regulieren einen besonderen Zuckerstoffwechsel in der Zelle: Fucose, nicht zu verwechseln mit dem Fruchtzucker Fructose, ist ein essentieller Einfachzucker. Er wird an Proteine gebunden und kann so im Nachhinein deren Form und Funktion verändern. Da Fucose auch an die Proteine der Zellwand bindet, hat sie auch eine wichtige Rolle für Kommunikation und Transport zwischen Zellen und deren Umgebung. Wie die Zeitschrift Cell Research aktuell berichtet, sind die beiden Gene Fut9 und Slc35c1 für die tödliche Wirkung von Rizin verantwortlich, indem sie dem Gift Zugang zum Transportsystem der Zelle gewähren. So gelangt es zu den Ribosomen, die es schließlich zerstört.

„Ein Blockieren der Gene – zum Beispiel durch ein künstlich hergestelltes Molekül – bringt den Transport von Rizin in den Zellen durcheinander, und es gelangt erst gar nicht an die Orte, wo es so großen Schaden anrichten kann. Denn dafür braucht das Gift eine charakteristische Zucker-Signatur an der Zellwand, an die es binden kann,“ erklärt Jasmin Taubenschmid, Doktorandin in der Gruppe von Josef Penninger am IMBA. Zusammen mit dem Proteinforscher Johannes Stadlmann ist sie Erstautorin des aktuellen Papers. Die Forschung bringt auch neue Erkenntnisse über die Liaison von Proteinen und Zucker, die für eine Vielzahl von fundamentalen biologischen Prozessen eine Rolle spielt. „Bisher hat man Proteine und Zucker separat erforscht. Tatsächlich ist vor allem deren Interaktion spannend und liefert uns eine zusätzliche Ebene an Informationen,“ so Stadlmann.

Extrem seltener Gendefekt als Schlüssel zur Rizin-Therapie?

Eine besondere Kooperation mit der Universität Münster und der Universität Heidelberg trug dazu bei, den Wirkungsmechanismus der Biowaffe aufzuklären. Die Universitätskliniken stellten dem Forschungsteam am IMBA Zellproben eines Patienten zur Verfügung, bei dem aufgrund eines sehr seltenen Gendefekts der Fucose-Stoffwechsel nicht funktioniert. Er wäre einer von sehr wenigen Menschen, der die Regenschirmattacke womöglich überlebt hätte. Ohne diesen Zucker ist Rizin nämlich nicht giftig. „Die Erforschung seltener Erkrankungen führt oft zu erstaunlichen Erkenntnissen, die einem großen Kreis an Menschen nützen kann“, freut sich Josef Penninger, Wissenschaftlicher Direktor des IMBA. Wie in diesem Fall, in dem die Erforschung der sehr seltenen Erkrankung des Fucose-Stoffwechsels, von der nur drei Fälle weltweit bekannt sind, wesentlich dazu beigetragen hat, die Idee einer präventiven Therapie gegen Rizin-Vergiftungen entstehen zu lassen.

Originalveröffentlichung:

Stadlmann, Taubenschmid et al.; “A vital sugar code for ricin toxicity”; Cell Research; 2017

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