Cuando el veneno de la araña ataca los nervios

Un equipo de investigación examina la neurotoxina de una viuda negra

09.12.2021 - Alemania

Aunque mucha gente pierde los nervios y entra en pánico cuando ve una araña, sólo muy pocas criaturas son realmente peligrosas. Sin embargo, la viuda negra es una fuerza a tener en cuenta: atrapa a sus presas mediante veneno nervioso, concretamente, latrotoxinas (LaTX). El profesor Christos Gatsogiannis, del Instituto de Física Médica y Biofísica de la Universidad de Münster, investigó esta sustancia, también con vistas a sus aplicaciones médicas. Utilizando la crio-EM, el equipo de Gatsogiannis consiguió explicar la primera estructura de un LaTX.

Las fobias suelen ser irracionales por naturaleza, especialmente en el caso de las arañas, ya que estas criaturas suelen tener más miedo a los humanos que a la inversa. Pero: algunas especies son una fuerza a tener en cuenta - por ejemplo, la araña Latrodectus, más conocida como la Viuda Negra. Atrapa a sus presas con veneno, concretamente con latrotoxinas (LaTX), una subclase de neurotoxinas o venenos nerviosos. La mordedura de una viuda negra puede ser mortal para los humanos. La estructura exacta del veneno nervioso no estaba clara hasta ahora, pero el profesor Christos Gatsogiannis, del Instituto de Física Médica y Biofísica de la Universidad de Münster, investigó la sustancia, no sólo por su singularidad, sino también con vistas a posibles aplicaciones médicas. Mediante el uso de crio-EM, y en colaboración con los antiguos colegas de Gatsogiannis en el Instituto Max Planck de Dortmund y con investigadores de la Universidad Jacobs de Bremen, el equipo de investigadores de Münster logró explicar la primera estructura de una latrotoxina. Los hallazgos del equipo se han publicado ahora en la revista Nature Communications.

Las neurotoxinas son probablemente conocidas por muchos no especialistas, en forma de botox, que se utiliza a menudo en la cirugía estética. Sin embargo, el veneno de la viuda negra tiene todo menos un efecto "embellecedor": El LaTX fue desarrollado por la naturaleza principalmente para inmovilizar a los insectos, o simplemente para matarlos directamente. En el proceso, las toxinas se acoplan a receptores específicos en la superficie de las células nerviosas y provocan la liberación de neurotransmisores, por ejemplo, a través de un canal de calcio. Como consecuencia de la entrada constante de iones de calcio en la célula, se liberan transmisores que provocan convulsiones.

Este mecanismo es lo que distingue a las latrotoxinas de todas las demás variantes de las llamadas toxinas formadoras de poros. "A pesar de los amplios estudios realizados durante muchos años, no conocíamos la estructura de estas toxinas", dice Gatsogiannis. "Por eso no éramos capaces de entender el mecanismo activo preciso". La ayuda llegó en forma de criomicroscopía electrónica, o crio-EM para abreviar. Gracias a este método tridimensional, las biomoléculas pueden ser "fotografiadas" hasta una resolución atómica. En el proceso, los complejos de proteínas en etano líquido se congelan a menos 196 grados, en milisegundos, en una fina capa de hielo amorfo, una forma de agua sólida. A continuación, se capturan cientos y miles de imágenes que muestran diferentes vistas de las proteínas y, de este modo, permiten reconocer la estructura de la neurotoxina.

Gracias a la crio-EM, y en colaboración con investigadores del Instituto Max Planck de Dortmund y de la Universidad Jacobs de Bremen, el equipo de investigadores de Münster ha conseguido explicar la primera estructura de una latrotoxina. "La estructura general de la LaTX es única y se diferencia en todo lo posible de todas las demás toxinas conocidas", afirma Gatsogiannis. Los nuevos conocimientos son fundamentales para comprender el mecanismo molecular de la familia LaTX y allanan el camino para posibles aplicaciones médicas, así como para el desarrollo de un antídoto eficaz. Además, estos conocimientos sobre las toxinas específicas de los insectos podrían abrir nuevas oportunidades para los pesticidas. Sin embargo, para futuras investigaciones es esencial comprender cómo se inserta exactamente la toxina en la membrana, es decir, en la superficie de la célula. "De momento estamos estudiando la estructura de todos los miembros de la familia de las latrotoxinas, en particular cómo reconocen exactamente los receptores específicos de la superficie de la célula y cómo funcionan estos sensores", explica Gatsogiannis.

El mayor obstáculo para estos planes es el hecho de que la crio-EM aún no está disponible en la zona de Münster. El profesor Gatsogiannis y su equipo quieren cambiar esta situación: "La importancia práctica para la investigación médica es inmensa", afirma el Dr. Minghao Chen, autor principal del estudio ahora publicado, "ya que la 'función' está directamente vinculada a la 'estructura' en un contexto biológico. Pero el método es muy complejo y requiere una infraestructura ultramoderna". El equipo de investigación tiene previsto introducir este innovador método próximamente en el nuevo edificio de investigación de la Universidad de Münster, el Centro de Nanociencia Blanda (SoN).

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