Pająki, liczące około 52 tysiącegatunków na całym świecie, są znane ze swoich złożonych jadów. Jeden gatunek może produkować jad zawierający ponad 3 000 unikalnych molekuł, z których większość to neurotoksyny przeznaczone do obezwładniania ofiar. Jednak zespół badawczy z LOEWE Centrum Translacyjnej Genomiki Bioróżnorodności (TBG) oraz Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology odkrył, że jad pająków to nie tylko neurotoksyny.
"W przeszłości kilka pionierskich badań sugerowało obecność enzymów w jadach pająków, ale nigdy nie przeprowadzono ukierunkowanych poszukiwań" — wyjaśnia dr Tim Lüddecke, kierownik grupy badawczej Animal Venomics. "Przeanalizowaliśmy surowe dane dotyczące wszystkich dotychczas zbadanych jadów pająków i wykazaliśmy, że w ich jadzie znajduje się ponad 140 różnych rodzin enzymów".
Zobacz również:
Jad wielką szansą dla przemysłu
Enzymy odkryte w jadzie pająków mogą mieć szerokie zastosowanie w przemyśle. "Są kluczowymi elementami bioekonomii. Przyspieszają reakcje chemiczne, charakteryzują się niskim zużyciem energii i są biodegradowalne" — mówi Josephine Dresler, doktorantka i pierwsza autorka badania. "Niektóre z tych enzymów mogą być wykorzystane w detergentach lub zarządzaniu odpadami ze względu na ich właściwości rozkładające tłuszcze czy białka".
Przemysł stale poszukuje nowych źródeł enzymów, które mogą przyczynić się do bardziej zrównoważonych procesów produkcyjnych. Enzymy z jadów pająków mogą znacząco wpłynąć na transformację w kierunku zrównoważonego rozwoju. Ich zastosowania mogą być bardzo urozmaicone. Od przyspieszania procesów przemysłowych, na przykład przy produkcji biopaliw czy tworzyw ulegających szybkiej biodegradacji, przez pomoc w opracowywaniu nowych leków na groźne choroby, po skuteczniejsze detergenty rozpuszczające tłuszcz i eliminujące uparte plamy.
Tradycyjnie badania nad jadami pająków skupiały się na neurotoksynach ze względu na ich potencjał medyczny i rolniczy. Jednak nowe odkrycia wskazują, że enzymy w jadach pająków są równie ważne i oferują nowe możliwości. "Nasze odkrycie otwiera możliwość ustanowienia zupełnie nowego pola badań stosowanych" — podkreśla dr Lüddecke. "Jesteśmy dopiero na początku drogi, ponieważ mniej niż jeden procent wszystkich gatunków pająków został przebadany pod kątem ich jadów".
Zobacz również:
Enzymy w różnych klasach
Badacze zidentyfikowali enzymy należące do siedmiu różnych klas, w tym oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy, ligazy i translokazy. Hydrolazy stanowiły największą grupę, reprezentując 51,4 proc. wszystkich zidentyfikowanych enzymów. "Hydrolazy odgrywają kluczową rolę w wielu funkcjach jadu, takich jak toksyczność, trawienie ofiar czy aktywacja innych komponentów jadu" — wyjaśnia Josephine Dresler.
Enzymy te mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia ewolucji i funkcji jadów pająków. Pierwsze formy jadu u pająków pojawiły się prawdopodobnie około 300 milionów lat temu, w okresie karbonu, gdy te stawonogi zaczęły różnicować się i rozwijać bardziej zaawansowane strategie polowania. W tym czasie wykształciły się też pierwsze gruczoły jadowe, które początkowo mogły pełnić rolę wspomagającą trawienie lub dawać ochronę przed drapieżnikami. Jad początkowo składał się z prostych enzymów pomagających rozkładać tkanki ofiar, ale z czasem ewoluował, stając się bardziej wyspecjalizowanym narzędziem do paraliżowania ofiar. Dowody na tę ewolucję można znaleźć w analizach paleontologicznych oraz w badaniach molekularnych współczesnych pająków, które wskazują na wspólne pochodzenie genów związanych z produkcją jadu w różnych liniach ewolucyjnych tych stawonogów.
Mimo obiecujących odkryć, naukowcy podkreślają potrzebę dalszych badań. "Większość zidentyfikowanych przez nas enzymów nie została jeszcze włączona do publicznych baz danych, co utrudnia ich dalsze badania i potencjalne zastosowanie" — zauważa dr Lüddecke.
Brak istnienia pełnej bazy danych o enzymach może prowadzić do niepełnych profili jadów w przyszłych badaniach. "Zachęcamy społeczność naukową do uwzględniania enzymów w badaniach nad jadami, co może prowadzić do ważnych odkryć dotyczących biologii pająków oraz dostarczyć cennych enzymów dla biotechnologii" — dodaje.
Inne zastosowania jadów w przyrodzie
Jady różnych stworzeń od dawna fascynują naukowców ze względu na ich unikalne właściwości i potencjalne zastosowania. Nie tylko jady pająków, ale także innych zwierząt, takich jak węże, skorpiony czy stożki morskie, oferują szerokie możliwości w medycynie i przemyśle.
Na przykład jad stożków morskich (rodzina Conidae) zawiera konotoksyny, które są badane pod kątem leczenia przewlekłego bólu. "Konotoksyny są wyjątkowo silnymi i selektywnymi inhibitorami kanałów jonowych, co czyni je obiecującymi kandydatami na leki przeciwbólowe" — informują badacze z University of Utah.
Zobacz również:
Jad węży, zwłaszcza z rodziny żmijowatych, jest źródłem enzymów takich jak metaloproteinazy, które znalazły zastosowanie w opracowywaniu leków przeciwzakrzepowych. "Enzymy z jadów węży mogą pomóc w rozwoju terapii trombolitycznych, które są kluczowe w leczeniu udarów i zawałów serca" — podkreślają naukowcy z National Institutes of Health.
Skorpiony również przyciągają uwagę badaczy. Jad niektórych gatunków zawiera peptydy przeciwnowotworowe, które mogą selektywnie atakować komórki nowotworowe. "Badania nad chlorotoksyną z jadu skorpiona Leiurus quinquestriatus wykazały jej potencjał w terapii glejaka" — donosi czasopismo Cancer Research.
Te przykłady pokazują, że jady różnych stworzeń są niewyczerpanym źródłem bioaktywnych molekuł o potencjalnych zastosowaniach terapeutycznych i przemysłowych.
Odkryć w kwestii pająków będzie więcej
Nowe badania nad jadami pająków rzucają światło na nieznane dotąd enzymy i ich potencjalne zastosowania. Odkrycie 140 różnych rodzin enzymów w jadzie pająków otwiera drzwi do nowych badań i innowacji w przemyśle. "Jestem przekonany, że dokonamy jeszcze wielu ekscytujących odkryć w pozostałych 99 proc. światowej fauny pająków" — podsumowuje dr Lüddecke.
Dalsze badania nad enzymami w jadach pająków i innych stworzeń mogą przyczynić się do rozwoju zrównoważonych technologii i nowych terapii, przynosząc korzyści zarówno nauce, jak i społeczeństwu.
