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Medizinische Verwendung von giftigem Gift

Medizinische Verwendung von giftigem Gift


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Eine interessante Sache, die ich kürzlich gelernt habe, ist, dass Gift medizinische Anwendungen hat, die tatsächlich Leben retten können! Aber nach dem, was ich bisher gesehen habe, gilt dies entweder für Gifte von Lebewesen, die für den Menschen nicht tödlich sind, oder dass nur Proteine ​​oder Enzyme aus diesen Giften medizinisch verwendet werden.

Sind diese Proteine ​​oder Enzyme selbst tödlich für den Menschen oder ist dies nur eine falsche Darstellung der Tatsache, dass Gifte Menschenleben retten können?

EDIT: Zur Verdeutlichung, obwohl ich weiß, dass Gift in niedrigeren Dosen harmlos ist, lese ich auch Folgendes: Enzyme aus Kobragift können bei der Suche nach Heilmitteln für die Parkinson-Krankheit und die Alzheimer-Krankheit hilfreich sein. Ein aus Kupferkopfgift gewonnenes Enzym könnte zur Behandlung von Brustkrebs verwendet werden.

Was ich mir nicht sicher war, war, ob das Enzym selbst giftig war oder ob sie nur ein nicht tödliches Element des Giftes extrahierten, um es medizinisch zu verwenden. Kann dieses Enzym allein des Giftes, das in ausreichend hohen Dosen verabreicht wird, tödlich sein?


Gift

Gift ist eine Art Gift, insbesondere eines, das von einem Tier abgesondert wird. [1] Gift hat sich in einer Vielzahl von Tieren entwickelt, sowohl bei Raubtieren als auch bei Beutetieren und bei Wirbeltieren und Wirbellosen.

Gifte töten durch die Wirkung von mindestens vier Hauptklassen von Toxinen, nämlich Nekrotoxinen und Zytotoxinen, die Zellen abtöten Neurotoxine, die das Nervensystem beeinflussen, und Myotoxine, die die Muskeln schädigen. Biologisch unterscheidet sich Gift von anderen Giften darin, dass Gift im Gegensatz zu aufgenommenen Giften durch einen Biss, einen Stich oder eine ähnliche Aktion abgegeben wird. Giftige Tiere verursachen jedes Jahr Zehntausende von menschlichen Todesfällen. Die Toxine in vielen Giften haben jedoch das Potenzial, eine Vielzahl von Krankheiten zu behandeln.


Kapitel 23: Das giftigste Insektengift

Insekten der Ordnung Hymenoptera wurden bereits im 26. Jahrhundert v. Chr. als Gift für Wirbeltiere nachgewiesen. Ernteameisen der Gattung Pogonomyrmex haben das giftigste Gift basierend auf Mäuse-LD50 Werte, mit P. maricopa Gift ist das giftigste. Die LD50 Der Wert für diese Spezies beträgt 0,12 mg/kg, die Mäusen intravenös injiziert werden, was 12 Stichen entspricht, die eine 2 kg schwere Ratte töten. EIN Pogonomyrmex sp. Ein Stich verursacht beim Menschen starke Schmerzen, die bis zu 4 Stunden anhalten.

Ein Gift ist ein Toxin, das einem anderen Organismus mit einem speziellen Gerät injiziert wird, das an einer Gift produzierenden Drüse befestigt ist. Es kann verwendet werden, um Beute zu immobilisieren oder zu töten und/oder den liefernden Organismus gegen Angriffe durch Raubtiere zu verteidigen. Giftige Insekten sind aus den Ordnungen Lepidoptera, Hemiptera und Hymenoptera bekannt (Blum 1981). Die Verabreichungsmethode kann aktiv sein, wie der Stachelapparat von Hymenoptera (Bienen und Wespen) und die Mundwerkzeuge von Hemiptera (Mandel), oder passiv, wie die modifizierten Borsten einiger Schmetterlingslarven (Raupen), die bei Kontakt gebrochen werden und die äußere Oberfläche des aufnehmenden Organismus durchstechen.

Schmidt (1982) schlug vor, dass einige Insekten der Ordnungen Diptera, Neuroptera und Coleoptera auch orale Gifte besitzen, aber es gibt ein Problem damit, ob es sich um ein echtes Gift oder um eine ausgestoßene Verdauungsflüssigkeit handelt. Die biologische Aktivität des Giftes kann als neurotoxisch, hämolytisch, verdauungsfördernd, hämorrhagisch und algogen (schmerzerzeugend) klassifiziert werden. Gifte werden chemisch so beschrieben, dass sie aus Alkaloiden, Terpenen, Polysacchariden, biogenen Aminen (wie Histamin), organischen Säuren (Ameisensäure) und Aminosäuren bestehen, aber die meisten sind Peptide und Proteine ​​(Schmidt 1986a Blum 1981).

Die erste Aufzeichnung eines menschlichen Todes, der einer Vergiftung durch eine Wespe oder Hornisse zugeschrieben wird, stammt von König Menes von Ägypten im 26. Jahrhundert v. (Waddell 1930). Die Toxizität von Giften ist schwer unvoreingenommen zu quantifizieren und variiert je nach Zieltierart. Es wird auch durch Reaktionen auf das Gift verfälscht, die auf Störungen des Immunsystems (wie Überempfindlichkeit und Allergien) zurückzuführen sind. Aus diesem Grund sind Morbiditäts- und Mortalitätsdaten möglicherweise nicht die beste Vergleichsmethode, um Gifttoxizität zu klassifizieren (Schmidt 1986b). Ich werde meine Auswahl der Insektenarten mit dem giftigsten Gift für Wirbeltiere auf der Grundlage von LD . stützen50 Werte mit Mäusen als Testorganismus.

Methoden

Das Abonnieren des Entomo-L Listserv und die Veröffentlichung einer allgemeinen Anfrage zu Insektengiften war der profitabelste erste Schritt, um Informationen über giftige Insektenarten zu erhalten. Persönliche Interviews mit Mitarbeitern der University of Florida und des USDA-ARS lieferten oft farbenfrohe Informationen über den "Lieblings"-Stechvirus der Menschen. Eine Drahtgeschichte ("Killer Caterpillars" Gainesville Sonne, 16. Januar 1996) wurde offenbar in Zeitungen weit verbreitet und sorgte für einige Diskussionen am Schwarzen Brett. Bei Recherchen im WebLUIS-Suchsystem nach Informationen zur Literatur in den Bibliotheken der University of Florida wurde Sekundärliteratur wie das Buch von Blum (1981) gefunden. Primärliteratur wurde unter Verwendung von Referenzen identifiziert, die durch Entomo-L-Antworten erhalten wurden, und auch durch Durchsuchen der AGRICOLA-, Current Contents- und MEDLINE-Datenbanken, die an der University of Florida verfügbar sind.

Ergebnisse

Aus persönlichen Interviews und den Antworten des Entomo-L-Bulletin Boards wurden zahlreiche Insekten als das giftigste Insekt vorgeschlagen, von denen viele auf persönlichen Erfahrungen und Beschreibungen der Reaktion auf die Vergiftung beruhten. Zu den vorgeschlagenen Insekten gehörten Ernteameisen (Pogonomyrmex Hymenoptera: Formicidae), Bienen (Hymenoptera: Apidae), Gelbwesten und Hornissen (Vespula, Dolichovespula Hymenoptera: Vespidae), Samtameisen (Hymenoptera: Mutillidae), Katerraupen (Megalopyge opercularis Lepidoptera: Megalopygidae), Schneckenraupen (Sibene Reize Lepidoptera: Limacodidae), riesige Raupen der Seidenraupenmotte (Lonomia sp. und Automeris io Lepidoptera: Saturniidae) und Killerwanzen (Rasahus sp. Hemiptera: Reduviidae). So unangenehm die Erfahrung ist, von Ameisen, Bienen, Wespen und Mörderkäfern "gestochen" zu werden, es ist jedoch schwierig, Schmerzreaktionen objektiv zu quantifizieren. Ebenso kann die Wahrnehmung der Toxizität oder Gefahr künstlich aufgeblasen werden, wenn der Tod von Menschen oder anderen Wirbeltieren die Folge einer Vergiftung ist (Schmidt 1986b). LD50 Werte bieten eine unvoreingenommene Methode zum Vergleich von Insektengiften.


Erwachsener Arbeiter von Pogonomyrmex sp. [Foto mit freundlicher Genehmigung von J.O. Schmidt].

Hymenoptera-Insekten besitzen die giftigsten Gifte, die charakterisiert wurden (Schmidt 1990, persönliche Mitteilung von J. O. Schmidt). Tabelle 1 listet die LD50 Werte für einige dieser Insekten, die den meisten Menschen bekannt sind, wie Honigbiene, Papierwespe, Gelbweste, Samtameise und Ernteameisen. Das giftigste Gift wird in einer Art von Ernteameise gefunden. Pogonomyrmex maricopa mit einer Maus LD50 Wert von 0,12 mg/kg (Schmidt et al. 1989 J.O. Schmidt persönliche Mitteilung). Schmidt (1986a) stellt fest, dass für ein 2 kg schweres Säugetier nur 12 Stiche erforderlich sind, um die LD . zu erreichen50 Dosis. Andere Arten von Pogonomyrmex produzieren auch Gifte mit niedriger LD50 Werte im Vergleich zu anderen Hymenopteren (Tabelle 1).

Diskussion

Vergleich von LD50 Werte eines Testorganismus (in diesem Fall Mäuse) können ein nützliches Instrument sein, um die Toxizität von Insektengiften objektiv zu beurteilen, jedoch hat diese Methode ihre Grenzen. Die an Mäusen erhaltenen Werte zeigen nur bei Mäusen eine relative Toxizitätsskala für verschiedene Toxine. Sie spiegeln nicht wider, wie die gleichen Toxine für eine andere Spezies (wie den Menschen) rangieren würden. Zum Beispiel die LD50 Wert von P. maricopa Gift gegen eine Eidechse, Phrynosoma cornutum, das ist ein Raubtier von P. maricopa, war viel höher als bei Mäusen (162 mg/kg). Wenn eine andere Eidechse Sceloporus jarrovii, wurde getestet, das Gift hatte eine LD50 Wert von 28 mg/kg. Diese Ergebnisse legen nahe, dass P. cornutum hat eine Resistenz gegen das Gift der Ernteameisen entwickelt und kann die Ameisen als Nahrungsquelle nutzen (Schmidt et al. 1989). Bei einer anderen Art von Ernteameise, P. badius, fanden sich hohe Konzentrationen des Enzyms Phospholipase A2, das auch in Honigbienen- und Wespengiften vorkommt (Schmidt & Blum 1978a). Obwohl eine Kreuzreaktivität mit Honigbienen- und Wespengiften an der Reaktion des Menschen auf Pogonomyrmex Vergiftung, in den untersuchten Fällen wurden keine Kreuzreaktionen auf Vespid- und Ameisengifte gefunden (Schmidt 1986b). Interessanterweise ist das Gift von P. badius ist gegen Insektenlarven nicht besonders tödlich (Schmidt & Blum 1978b). Da Ernteameisen nicht räuberisch sind, deutet dies darauf hin, dass sich ihr Gift von der Verwendung beim Beutefang wie bei anderen Ameisenarten (Schmidt 1986a) zur Abwehr gegen Wirbeltiere entwickelt hat, daher ihre Kraft gegen Menschen und andere Wirbeltiere.

Danksagung

Ich danke Dr. Justin Schmidt (Southwestern Biological Institute, Tucson, AZ) für seine Vorschläge zum giftigsten Insekt, für die Bereitstellung eines Fotos und für Einblicke in die Literatur. Ich danke auch Dr. Thomas Walker (University of Florida, Gainesville), Dr. Antonio CastiZeiras und Adrian Hunsberger (University of Florida, Homestead) und Dr. Nancy Epsky (USDA-ARS, Gainesville) für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Auch Anregungen von zwei anonymen Gutachtern verbesserten das Manuskript.


Schlangengift für gesundheitliche Vorteile

RIO GRANDE VALLEY, Texas – Der Biologiedozent Dr. Ying Jia an der Universität von Texas Rio Grande Valley (UTRGV) und seine beiden Studenten Ivan Lopez und Paulina Kowalski könnten dazu beitragen, die Erforschung des pharmazeutischen Nutzens von Schlangengift voranzutreiben.

  • UTRGV-Senioren und Biologie-Majors Ivan Lopez und Paulina Kowalski forschen über den möglichen pharmazeutischen Nutzen von Schlangengift. Beide arbeiteten mit dem UTRGV-Biologiedozenten Dr. Ying Jia zusammen, um einen Bericht im Journal of Venom Research zu veröffentlichen. (Mit freundlicher Genehmigung von Fotos)
  • UTRGV-Senioren und Biologie-Majors Ivan Lopez und Paulina Kowalski forschen über den möglichen pharmazeutischen Nutzen von Schlangengift. Beide arbeiteten mit dem UTRGV-Biologiedozenten Dr. Ying Jia zusammen, um einen Bericht im Journal of Venom Research zu veröffentlichen. (Mit freundlicher Genehmigung von Fotos)
  • Dr. Ying Jia, UTRGV-Biologiedozentin, die derzeit den möglichen pharmazeutischen Nutzen von Schlangengift untersucht. (UTRGV-Foto von David Pike)

Der Dozent, der sich seit mehr als zehn Jahren auf die Verwendung dieser Moleküle für medizinische Anwendungen konzentriert, verwendete Software und Programme wie UCSF ChimeraX, die molekulare Strukturen visualisiert und analysiert.

„Wir waren immer nur: ‚Vielleicht können wir das und vielleicht können wir das.‘ Also haben wir versucht, daraus eine reale Möglichkeit zu machen“, sagte Lopez.

Jias Team hat kürzlich im Journal of Venom Research im Juni einen Bericht veröffentlicht, in dem 14 der häufigsten Toxin-Transkripte identifiziert werden.

"Wir hatten bestimmte Proteine ​​in dem rohen Gift identifiziert, das in westlichen Diamantrücken gefunden wird", sagte Lopez. "Es gibt eine Vielzahl von nur bestimmten Eigenschaften, die von jedem Protein auftreten können."

Das Team sagte die dreidimensionale Struktur von neun Giftgiften voraus, die getestet wurden

„Metalloproteinase ist das magische toxische Protein, das einige Krebszelllinien abtöten kann“, sagte Jia. „Viele Giftmoleküle könnten für die strukturbasierte Medikamentenentwicklung verwendet werden.“

Jias Schüler sagten: „Struktur ist der Schlüssel.“ Forscher können mithilfe simulierter Toxinstrukturen vorhersagen, wie andere Toxine miteinander interagieren. Die Notwendigkeit, Gift direkt von einer Schlange zu verwenden, ist nicht erforderlich, wenn Giftproteintranskripte und ihre simulierten Strukturen verwendet werden.

„Sobald wir diese Giftproteintranskripte haben, brauchen wir kein Schlangengift mehr, weil wir mit den Werkzeugen der Biotechnologie rekombinante Giftproteine ​​​​produzieren können“, sagte Jia.

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Eigenschaften des Venom

Die kleineren Kegelschnecken können dem Menschen einen schmerzhaften Stich geben, sind aber nicht gefährlich. Die größeren —, die bis zu neun Zoll lang sein können, können für den Menschen tödlich sein. Sie greifen an, um sich zu verteidigen und ihre Beute zu fangen.

Das Gift der Kegelschnecke enthält eine komplexe Mischung aus vielen verschiedenen Chemikalien. Es wird angenommen, dass die Mischung mindestens fünfzig bis hundert biologisch aktive Verbindungen enthält. In einigen Versionen des Gifts können bis zu zweihundert Verbindungen enthalten sein.

Das Gift enthält Conotoxine, auch Conopeptide genannt, bei denen es sich um kurze Aminosäureketten handelt. Conotoxine verhindern schnell, dass Nervenimpulse zwischen Nervenzellen oder von Nervenzellen zu Muskeln gelangen. Diese Aktionen verursachen eine Lähmung bei der Beute der Schnecke.

Das Gehäuse einer Geographie-Kegelschnecke

Die folgenden Informationen dienen dem allgemeinen Interesse. Der potenzielle medizinische Nutzen der Chemikalien im Zapfenschneckengift wird noch untersucht. Jeder, der Fragen zu diesen Vorteilen hat, sollte seinen Arzt konsultieren.


Das tödliche Geheimnis des Schlangengifts entschlüsseln

Als er 1983 nach einem Aufenthalt in Costa Rica nach Frankreich zurückkehrte, brachte Jean-Pierre Rosso ein ungewöhnliches Souvenir mit – eine Phiole mit tödlichem Schlangengift. Drei Jahrzehnte später, nach sorgfältigen chemischen und neurologischen Analysen, berichten Rosso und Kollegen, dass zwei von costaricanischen Korallenschlangen verwendete Toxine wie keine anderen wirken und neue Einblicke in die erstaunliche Vielfalt chemischer Waffen bieten, die sich in den Tieren der Welt entwickelt haben Rossos Team unter der Leitung von Pierre Bougis, einem Biochemiker am französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung, identifizierte die sechs Toxine im Gift, von denen vier wie erwartet funktionierten und bei Nagetieren zu Lähmungen und anderen Effekten führten. Aber zwei waren rätselhaft, weil sie stattdessen Anfälle auslösten.

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Der erste Schritt zum Verständnis der mysteriösen Giftstoffe bestand darin, mehr von dem Material zu beschaffen, das im Labor untersucht werden konnte. “Ich habe oft gefragt: ‘Können wir mehr Gift bekommen?’”, erinnert sich Bougis. Aber seine costaricanischen Mitarbeiter, die das seltene Reptil zunächst gemolken hatten, antworteten immer: „Wir haben keine Schlangen.“ Also musste das Team die Toxine synthetisieren, was ein ganzes Jahrzehnt dauerte.

Der Planet beherbergt mehr als 100.000 Tiere mit Gift, von denen viele erst jetzt von Wissenschaftlern charakterisiert werden. Es gibt nicht nur Schlangen, Spinnen und Skorpione, sondern auch Schnecken, Fische, Raupen, Eidechsen, Tintenfische und sogar einige Säugetiere, darunter das Schnabeltier, die Kurzschwanzspitzmaus und der Plumploris, die einzigen giftigen Primaten der Welt.

Aufgrund der großen Vielfalt vermuten Wissenschaftler, dass sich die Anpassung nicht einmal, sondern viele Male entwickelt hat. Eine giftige Qualle oder Seeanemone kam wahrscheinlich zuerst, vielleicht vor 500 Millionen Jahren, und das Gift entstand vor etwa 65 Millionen Jahren in Schlangen, gefolgt von Monotremen (wie dem Schnabeltier) vor 46 Millionen Jahren. “Wenn wir komplexes Leben auf anderen Planeten finden,”, sagt Bryan Fry, Leiter des Giftevolutionslabors an der University of Queensland in Australien, “ich wette, es wird dort etwas Giftiges geben.”

Vor allem, wenn dieses außerirdische Leben von Aminosäuren abhängt. Wie sich herausstellt, handelt es sich bei Giftgiften um Ketten dieser biologischen Grundmoleküle, die je nach Größe Peptide oder Proteine ​​genannt werden. Wissenschaftler spekulieren, dass die Toxine in Giften nicht von Grund auf von Tieren geschaffen wurden, sondern leicht veränderte Versionen alltäglicher Peptide und Proteine ​​sind. Eine einfache Genmutation kann sie in giftige Waffen verwandeln.

Die französischen Forscher wissen nicht, woher die Giftstoffe der Korallenschlangen kommen, aber sobald sie genug Material gefunden haben, haben sie herausgefunden, wohin die Giftstoffe gehen. Das Team markierte die synthetischen Toxine radioaktiv und applizierte sie auf isolierte Teile des Rattenhirns. Die Verbindungen banden so fest an Rezeptoren für einen Neurotransmitter namens GABA, dass die Neuronen übermäßig erregt wurden.

Interessanterweise sind solche Rezeptoren an menschlichen Erkrankungen wie Epilepsie und chronischen Schmerzen beteiligt. Bougis ist entschlossen, die Wechselwirkungen von Toxinen mit Neuronen weiter zu untersuchen, in der Hoffnung, dass dies zu einem neuen Verständnis der Störungen und möglicherweise Behandlungen führen wird, selbst wenn die Arbeit noch ein Jahrzehnt dauert. “Ich bin. Auf Französisch sagen wir, tête dure,” er lacht, “hart im Kopf.”

Über Emily Anthes

Emily Anthes ist Wissenschaftsjournalistin, deren Arbeiten in der New-Yorker, Verdrahtet, Natur, Schiefer, Arbeitswoche und Wissenschaftlicher Amerikaner. Sie ist die Autorin von Instant Egghead Guide: Der Geist und Frankensteins Katze.


Giftige Inspiration: Schlangengiftforschung kann medizinische Fragen beantworten

Drei kürzlich veröffentlichte Studien von Biomedical Science Professor Seth Frietze untersuchen die Giftforschung – die umfassende Untersuchung von Giften von giftigen Tieren durch analytisch-wissenschaftliche Ansätze. Gifte enthalten komplexe Proteine ​​und Enzyme mit medizinischem Potenzial. Giftproteine ​​entwickeln sich ebenfalls schnell und bieten ausgezeichnete Modelle für evolutionäre Studien von Raubtieren und Beutetieren. Dr. Frietze und Kollegen erforschen die Zusammensetzung von Giftproteinen und deren Gene, um die Räuber-Beute-Beziehungen sowie die medizinischen Anwendungen von Giftproteinen besser zu verstehen.

Für diese Studien arbeitete Frietze mit Forschern der School of Biological Sciences der University of Northern Colorado und der National University of Singapore zusammen.

„Meine Mitarbeiter machen die ganze Schlangenarbeit. Ich mache die molekulare und bioinformatische Arbeit“, sagte Frietze. „Das Frietze-Labor interessiert sich für ‚Big Data‘-Ansätze, um komplexe Mischungen aus DNA, RNA und Proteinen aus verschiedenen Arten von klinischem und biologischem Material zu messen. Diese aktuelle Arbeit untersucht die komplexen Enzyme von Schlangen und versucht, ihre Funktion bei der Anpassung an verschiedene Beutearten zu verstehen.“

Eine Studie, veröffentlicht am 1. August im Proceedings of the Royal Society Biological Sciences, zeigt, dass Amazonas-Schlangengift-Toxin-Gene sich entwickelt haben, um das Fangen von nährstoffreicherer Beute zu ermöglichen. Das Forschungsteam hat drei dieser zwei Meter langen Schlangen gefangen. Dann extrahierten sie das Gift der Schlangen und analysierten es, um zu sehen, welche Toxine vorhanden waren. Sie fanden zwei verschiedene Toxine, von denen eines für Vögel und Eidechsen und Vögel, aber nicht für Säugetiere tödlich ist. Das zweite Toxin ist nur für Säugetiere tödlich. Die Schlangen fressen normalerweise Vögel und Eidechsen, haben aber kürzlich Mäuse in ihre Ernährung aufgenommen. Evolutionsanalysen und strukturelle Modellierungen des Giftes weisen darauf hin, dass sich das zweite Toxin entwickelt hat, um es der Schlange zu ermöglichen, Nagetiere zu fangen, die nährstoffreicher sind als Vögel oder Eidechsen. Diese Ergebnisse stellen ein Beispiel für die Anpassung durch die Verdopplung von Giftgenen dar, die eine breitere Beutenutzung ermöglichen.

Eine frühere Studie, veröffentlicht im Zeitschrift für Proteomik, identifiziert Toxine im Gift von braunen Baumschlangen mit Fangzähnen. Das Forschungsteam fand Unterschiede in den Toxinen zwischen jungen und erwachsenen Schlangen, die wahrscheinlich mit Verschiebungen der Beutepräferenz zwischen den beiden Altersklassen korrelieren, von fast ausschließlich Eidechsen zu Eidechsen, Vögeln und kleinen Säugetieren.

Eine dritte Studie, die am 3. August zur Veröffentlichung in der Zeitschrift für Proteomik, charakterisiert zum ersten Mal das Gift von Heckenzahnschlangen. Diese Studie enthüllt Giftgene, die für Enzyme namens Metalloproteinasen und Drei-Finger-Toxine kodieren, die den Beutefang durch Behinderung und Induktion von Blutungen ermöglichen, indem sie direkt kapillare Blutgefäße beeinflussen.

Frietze nutzt molekulare Technologien auch, um die Genexpression beim pathologischen Verlauf von Krebs zu untersuchen. Seit seinem Eintritt in das Department für Biomedizin und Gesundheitswissenschaften im Jahr 2015 hat er zahlreiche Forschungsarbeiten zu Krebstranskriptomen (RNA), Epigenomen (DNA-Strukturen) und Genomsequenzierung von Krebszellen mitverfasst. Er ist aktiv am Vermont Cancer Center und an klinischen Partnern des University of Vermont Medical Center beteiligt.

Während er ein aktives Forschungsprogramm durchführt, betreut Frietze mehrere Doktoranden und Studenten in seinem Labor. Er möchte seine Studenten darin schulen, innovative Techniken anzuwenden und grundlegende Forschungsfähigkeiten anzuwenden, um wichtige biomedizinische Fragen zu beantworten.


Spinnen

Laut einer Studie der University of Buffalo aus dem Jahr 2012 könnte ein bestimmtes Protein, das im Spinnengift gefunden wird, als Behandlung von Muskeldystrophie wirken – ein Überbegriff für eine Reihe von Krankheiten, die zum Verlust von Muskelmasse und schließlich zur Unfähigkeit führen, zu gehen, sich zu bewegen, oder schlucken. Die Studie ergab, dass das Protein dazu beitrug, die Verschlechterung der Muskelzellen zu stoppen, und obwohl es kein Heilmittel war, half es dabei, das Fortschreiten der Krankheit zu verlangsamen.

Insbesondere Vogelspinnen haben nachweislich heilende Eigenschaften in ihrem Gift. Eine Studie der Yale University aus dem Jahr 2014 beschrieb ein neues Screening-Verfahren, das als „Toxineering“ bekannt ist und Millionen von Spinnengiften durchsieben und herausfinden könnte, welche in Schmerzmitteln am besten verträglich sind. Sie fanden heraus, dass ein Toxin in der peruanischen grünen Samt-Vogelspinne chronische Schmerzen blockieren kann. Eine andere kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass 7 verschiedene Verbindungen im Spinnengift möglicherweise auch verwendet werden könnten, um Menschen mit chronischen Schmerzen zu helfen. Die Forscher analysierten 206 verschiedene Spinnenarten und fanden heraus, dass 40 Prozent der Gifte Verbindungen enthielten, die die mit chronischen Schmerzen verbundene Nervenaktivität blockierten.

Die gruseligen Krabbeltiere, die in Nischen und in Ihrem Keller herumhängen, können Wissenschaftlern bestimmte therapeutische Eigenschaften verleihen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Shutterstock


Giftausgaben und Angriffsverhalten

Wie viel Gift injizieren Schlangen, wenn sie zuschlagen? Dieses Thema steht seit 1988 im Mittelpunkt meiner Forschung. Nachfolgend finden Sie einen kurzen Überblick über einige unserer Ergebnisse. Um mehr darüber zu erfahren, wie Schlangen ihr Gift verwenden, können Sie einen ausführlichen Übersichtsartikel (Hayes et al., 2002) in dem von Experten begutachteten Band lesen. Biologie der Vipern (G. W. Schuett et al., Herausgeber, 2002, Eagle Mountain Publ., Eagle Mountain, Utah Bitte senden Sie mir eine E-Mail, um einen Nachdruck anzufordern). Ich bin auch bereit, meine Lieblingspräsentation zu halten, Der tödliche Biss: Wie Schlangen ihr Gift nutzen, an ein interessiertes Publikum.

Mit einem hochmodernen immunologischen Verfahren, dem Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA), waren meine Studien die ersten, die eine Reihe faszinierender Einblicke in die Verwendung von Giften im Zusammenhang mit dem räuberischen Verhalten von Giftschlangen lieferten. Hier sind einige Beispiele:

Klapperschlangen sind nur zu etwa 90 Prozent wirksam bei der Abgabe ihres Giftes, wenn sie eine Maus beißen, während die restlichen 10 Prozent harmlos auf der Haut verschüttet werden (Hayes et al., 1992, S. 383-388 in Biology of the Pitvipers). Überraschenderweise waren Klapperschlangen bei der Abgabe von Gift ins Gewebe nicht "effizienter" als elapide Schlangen mit vergleichsweise kurzen, starren Reißzähnen.

Während große Schlangen erwartungsgemäß mehr Gift injizieren als kleinere Schlangen, setzen hungrige Schlangen unerklärlicherweise weniger Gift frei als gut genährte Schlangen (Herpetologica 49:305-310). Vielleicht versuchen die hungrigen Schlangen, ihr Gift zu konservieren.

Klapperschlangen messen mehr Gift in größere Beute als in kleinere Beute, offenbar durch eine bewusste, intrinsische Kontrolle der Giftabgabe (Hayes, 1995, Anim. Behav. 50:33–40 Hayes et al., 1995, Copeia 1995:337–343). In einer Studie an juvenilen Klapperschlangen schien sich diese Fähigkeit nach Erfahrung zu zeigen.

Klapperschlangen gehen eindeutig anders mit Vögeln um als Mäuse und injizieren Vögeln wahrscheinlich mehr Gift Hayes, 1992, J. Herpetol. 26:496-499). Wenn sie große Nagetiere treffen, lassen sie sie normalerweise frei, um Verletzungen zu vermeiden, und folgen dann der chemischen Spur des Nagetiers, um seinen Kadaver zu verlagern. Wenn sie Vögel treffen, halten sie sich normalerweise fest, wenn der Vogel freigelassen wurde und eine beliebige Entfernung flog, gab es keine Spur, um ihn zu verlagern!

Eine Art Klapperschlange (Crotalus concolor) geht ähnlich mit Mäusen und Eidechsen um und setzt beide nach der Vergiftung frei. Die Schlangen injizieren jedoch ähnliche Mengen an Gift in beide, obwohl die Eidechsen relativ klein sind (Hayes et al., 2002, S. 207-233 in Biology of the Vipers). Die ektothermen Eidechsen überleben eine lange Zeit nach der Vergiftung, und das zusätzliche Gift kann schneller zum Tod führen.

Wir haben sogar eine "ungiftige" Schlange untersucht, die ein Sekret (aus der Duvernoy-Drüse) produziert, das giftig genug ist, um Kinder in Krankenhäuser zu bringen. Mit Dr. Ken Kardong (Washington State University) haben wir gezeigt, dass die Brown Tree Snake (Boiga irregulär) setzt einen wesentlichen Teil seines Duvernoy-Sekrets bei der Fütterung von Mäusen frei, obwohl ein Großteil davon auf der Oberfläche oder in der Haut der Maus verbleibt, vermutlich um einer Verdauungsfunktion zu dienen (Hayes et al., 1993, Toxicon 31: 881- 887).

Die Schlussfolgerung, dass Schlangen kontrollieren können, wie viel Gift sie injizieren, die Gift-Metering-Hypothese, ist in letzter Zeit zu einem umstrittenen Thema geworden. Ich habe ein langes Manuskript erstellt, das sowohl Einwände als auch Beweise für diese Hypothese behandelt. Achten Sie darauf, dass es bald in der Presse erscheint!


Nordpazifik-Klapperschlange (Crotalus oreganus). Diese gefährliche Schlange ist eine von mehreren Taxa, die im Labor untersucht wurden, um zu erfahren, wie Schlangen ihr Gift verwenden. Foto: William K. Hayes.


Die Schlangengröße beeinflusst die Giftabgabe. Entgegen der landläufigen Meinung injizieren große Klapperschlangen wirklich mehr Gift! Diese Daten wurden aus den räuberischen Schlägen von Prairie-Klapperschlangen unterschiedlicher Größe gewonnen (Crotalus viridis). Obwohl Klapperschlangenbabys und -juvenile mehr giftiges Gift haben, haben größere Schlangen wesentlich mehr Gift in den Drüsen und sie verwenden es! Quelle: Hayes, 1991, Toxicon 29: 867-875.


Die Größe der Beute beeinflusst die Giftabgabe. Diese Daten wurden von mittleren und großen Klapperschlangen im Nordpazifik gewonnen (Crotalus oreganus) Angriffe auf kleine und große Mäuse, unterstützen die Interpretation, dass Schlangen kontrollieren oder messen können, wie viel Gift sie injizieren. Quelle: Hayes et al., 1995, Copeia 1995:337-343.

In jüngerer Zeit haben wir damit begonnen, Abwehrangriffe zu untersuchen, die für das Problem des menschlichen Schlangenbisses besonders wichtig sind (Hayes et al., 2002, S. 207-233 in Biology of the Vipers). Zu unserer Überraschung haben wir erfahren, dass Klapperschlangen anscheinend mehr Gift in Modelle menschlicher Gliedmaßen (warme, nach Menschen duftende, mit Kochsalzlösung gefüllte Handschuhe) injizieren als in Mäuse. Ungefähr 10 Prozent der Bisse sind jedoch trocken, was viel häufiger vorkommt als bei Raubbissen. Wir fanden auch heraus, dass große Klapperschlangen entgegen der landläufigen Meinung weit mehr Gift injizieren als kleine Klapperschlangen, wenn sie defensiv beißen. Die größeren Klapperschlangen haben viel mehr Gift zur Verfügung und experimentelle Beweise (aus räuberischen Schlägen) deuten darauf hin, dass sogar kleinere Schlangen ihr Gift kontrollieren oder messen können.

Wir haben einige interessante Unterschiede zwischen den Arten entdeckt. Wenn sie innerhalb relativ kurzer Zeit drei Abwehrbisse an menschlichen Modellgliedern abgeben, können Klapperschlangen im Südpazifik (Crotalus helleri) spritzen bei jedem Bissen leicht abnehmende Mengen, während Baumwollmäuler (Agkistrodon piscivorus) spritzen Sie beim ersten Biss weniger und bei den folgenden Bissen mehr. Außerdem injizieren Klapperschlangen ähnliche Mengen, wenn sie auf Handschuhe stoßen und wenn sie ergriffen und gezwungen werden, in einen membranbedeckten Becher zu beißen (d. h. Giftextraktion), während Baumwollmäuler während der Giftextraktion viel mehr injizieren. Mit Jim Harrison im Kentucky Reptile Zoo (in Slade, Kentucky) haben Scott Herbert und ich auch gezeigt, dass Monacled Cobras (Naja kaouthia) injizieren beim Greifen (während einer Giftextraktion) ähnlich viel mehr Gift als beim Beißen in einen Handschuh.

Noch aufregender ist, dass wir festgestellt haben, dass Kleidungsstücke wie Blue Jeans die Giftabgabe beeinträchtigen können. Ein noch zu veröffentlichendes Experiment ergab, dass kleine und große Klapperschlangen im Südpazifik etwa zwei Drittel weniger Gift in menschliche Modellglieder injizieren, wenn sie mit Jeansstoff bedeckt sind! Offensichtlich sollten Millionen von Amerikanern daran interessiert sein zu erfahren, dass Jeans im Lebensraum von Klapperschlangen einen erheblichen Schutz bieten können! (Übrigens lehnte Levi, Inc. die Unterstützung dieser Forschung ab.)

Unsere Forschung zu Abwehrbissen geht stetig weiter und wir freuen uns auf weitere interessante Entdeckungen. Sie können sich jedoch unsere Forschung zum Schweregrad und der Behandlung von Schlangenbissen (mit Fotos) ansehen. Einige unserer Schlussfolgerungen finden Unterstützung in unseren Analysen der Faktoren, die mit der Schwere von Schlangenbissen in Verbindung stehen.


Giftextraktion. Scott Herbert filmt eine Giftextraktion. Seine Forschungen zu Klapperschlangen im Südpazifik (Crotalus helleri hier gezeigt) und Cottonmouths (Agkistrodon piscivorus) zeigt eine starke Korrelation zwischen der Dauer des Bisses und der Menge des bei Abwehrbissen injizierten Giftes. Die Menge des verbrauchten Giftes und die Rate der Giftausscheidung sind ebenfalls positiv mit der Schlangengröße korreliert. Darüber hinaus gibt es während einer einzelnen Extraktion erhebliche Schwankungen im Giftfluss zwischen rechten und linken Reißzähnen und zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen, die von demselben Reißzahn abgegeben werden, was darauf hindeutet, dass die Schlange die Giftaustreibung unabhängig von den Zieleigenschaften kontrollieren kann (dh es handelt sich nicht um eine konstante Menge oder "Kugel", jedes Mal). Foto: Michael D. Cardwell.


Weil wir keine Doktorandenhände gebrauchen können. So sehr wir auch menschliche Freiwillige einsetzen möchten ("Dispotechs", wie ich sie nennen würde), müssen wir uns natürlich auf eine Alternative verlassen, um zu erfahren, wie viel Giftschlangen bei Abwehrbissen injizieren. Hier belästigt Aleix Ferrer, ein Gaststudent aus Spanien, eine Red Diamond Klapperschlange (Crotalus ruber) mit einem menschlichen Modellglied - einem warmen, nach Menschen duftenden, mit Kochsalzlösung gefüllten Handschuh. Wir können das in den Handschuh injizierte Gift leicht messen. Und. wir vermeiden auch eine enorme Arzt- (oder Bestattungs-) Rechnung. Foto: Shelton S. Herbert.


Gift wird während drei aufeinanderfolgenden Abwehrbissen injiziert. Diese Daten, die aus Bissen gewonnen wurden, um menschliche Gliedmaßen (mit Kochsalzlösung gefüllte Handschuhe) zu modellieren, legen nahe, dass verschiedene Arten unterschiedliche Strategien der Giftabgabe anwenden. Südpazifik-Klapperschlangen (Crotalus helleri) injizieren ähnliche oder etwas abnehmende Giftmengen in aufeinanderfolgenden Bissen, während Baumwollmäuler (Agkistrodon piscivorus) das Gift beim ersten Biss zurückhalten, um bei nachfolgenden Bissen bei Bedarf einen größeren "Schlag" zu liefern. Quelle: Hayes et al., 2002, Biologie der Vipern Rehling, 2002, Unpubl. MS-Arbeit).

Wenn Sie noch nie die Gelegenheit hatten, zu sehen, wie der Mund und die Reißzähne aussehen, wenn eine Schlange sie in Aktion setzt, können Sie die Videos Unten sehen Sie Aufnahmen von Giftextraktionen. Sie werden beeindruckt sein, wie das Gift aus den Reißzähnen ausgestoßen wird, manchmal in mehreren Impulsen (am häufigsten beobachtet, wenn eine Schlange physisch zurückgehalten wird) und manchmal sogar aus einem dritten (Reserve-) Fangzahn. Denken Sie daran, dass die Giftextraktion, allgemein als "Giftmelken" bezeichnet, eine sehr gefährliche Praxis ist und nur von erfahrenen Fachleuten und nur aus legitimen Gründen durchgeführt werden sollte, wie z. B. die Forschung in unserem Labor. Die meisten Fachleute, die Gift extrahieren, erleiden schließlich einen schweren (oder sogar tödlichen) Schlangenbiss, also nimm diesen Rat nicht auf die leichte Schulter. Wir machen das nicht nur zum Spaß. Wir führen die Extraktionen nur durch, wenn wir das Gift benötigen oder wenn wir die Mechanik der Giftaustreibung studieren.

Video 1 (.mpg - 1101K). Giftextraktion aus einer Southern Pacific Klapperschlange (Crotalus helleri), die mehrere Pulse veranschaulicht. Extraktion von William K. Hayes Video von Shelton S. Herbert.

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Video 2 (.mpg - 2079K). Giftextraktion aus einem Western Cottonmouth (Agkistrodon piscivorus leucostoma), die den Giftausstoß aus drei Reißzähnen (zähle sie!) in Zeitlupe illustriert. Extraktion von William K. Hayes Video von Shelton S. Herbert.


Polonium

Polonium ist wie Arsen ein chemisches Element. Im Gegensatz zu Arsen ist es hochradioaktiv. Wenn es eingeatmet oder eingenommen wird, kann es in extrem niedrigen Dosen tödlich sein. Es wird geschätzt, dass ein einziges Gramm verdampftes Polonium über eine Million Menschen töten könnte. Das Gift tötet nicht sofort. Vielmehr leidet das Opfer unter Kopfschmerzen, Durchfall, Haarausfall und anderen Symptomen einer Strahlenvergiftung. There is no cure, with death occurring within days or weeks.

The most famous case of polonium poisoning was the use of polonium-210 to murder spy Alexander Litvinenko, who drank the radioactive material in a cup of green tea. It took him three weeks to die. It's believed Irene Curie, Marie and Pierre Curie's daughter, likely died from cancer that developed after a vial of polonium broke in her lab.


Schau das Video: Срочно! Медики уволились! Всем приличным медикам посвящается (Juni 2022).