Giftiger Biss: Die Gene, die den Schlangen ihren Giftbiss ermöglichen, finden sich auch in unseren Speicheldrüsen, wie vergleichende Genomanalysen enthüllen. Demnach produzieren die meisten Säugetiere zwar keinen giftigen Speichel, hätten aus genetischer Sicht jedoch das Potenzial dazu. Die Grundlage zum Giftspucken geht den Forschern zufolge bereits auf den letzten gemeinsamen Vorfahren von Säugetieren und Reptilien zurück.
Tiere setzen Gift auf verschiedene Arten ein: Manche geben die Toxine über die Haut ab, andere injizieren die Substanzen mit Hilfe eines Stachels oder schießen mit Harpunen. Am häufigsten und mit am besten untersucht ist jedoch das orale System, bei dem das Gift durch einen Biss übertragen wird – etwa bei Schlangen. Ihre Giftdrüsen enthalten je nach Art einen Cocktail verschiedener toxischer Proteine, die in der Regel dazu dienen, die Beute zu lähmen und so an der Flucht zu hindern.
Die Gifte von Schlangen wurden bereits vielfach untersucht. Da sich die konkrete Zusammensetzung allerdings evolutionär schnell ändert, geben solche Analysen wenige Hinweise auf die entwicklungsgeschichtlichen Ursprünge oraler Giftsysteme.
Grundlagen des Giftnetzwerks analysiert
Statt sich auf spezifische Toxine zu konzentrieren, haben Forscher um Agneesh Barua vom Okinawa Institute of Science and Technology in Japan daher nun Gene analysiert, die mit dem Giftsystem in Zusammenhang stehen, aber nicht selbst Gifte codieren. „Viele der heute im Gift gefundenen Toxine sind erst entstanden, nachdem das orale Giftsystem bereits etabliert war. Wir mussten nach den Genen suchen, die schon vor der Entstehung des Giftes vorhanden waren – Gene, die die Entwicklung des Giftsystems ermöglichten“, sagte Barua.
Im Genom der Taiwan-Habu-Schlange, einer in Asien verbreiteten Grubenotter, identifizierten die Forscher rund 3.000 Gene, die mit den eigentlichen Giftgenen interagieren. Wie Barua und Kollegen herausfanden, regulieren diese „kooperierenden“ Gene vor allem die Faltung und Modifikation von Proteinen. „Gifte sind komplexe Gemische von Proteinen. Sie brauchen also ein robustes System, das sicherstellt, dass die Proteine richtig gefaltet sind, damit sie effektiv funktionieren können“, erklärt Barua.
Gemeinsamkeiten mit anderen Spezies
Um den evolutionären Ursprüngen dieses genetischen Giftnetzwerks auf die Spur zu kommen, analysierten die Forscher im nächsten Schritt die Genome verschiedener anderer Spezies, darunter Menschen, Hunde, Mäuse, Hühner, Echsen und Frösche. „Unsere vergleichende Analyse zeigte, dass die Genexpression in den Geweben deutliche Ähnlichkeiten aufweist, insbesondere zwischen Giftdrüsen bei Schlangen und Speicheldrüsen bei Säugetieren“, berichten die Forscher.
Daraus schließen sie, dass diese Drüsen einen uralten funktionellen Kern besitzen, der seit der Spaltung der Abstammungslinien vor hunderten Millionen Jahren erhalten geblieben ist. „Das ist der erste wirklich solide Beweis für die Theorie, dass sich Giftdrüsen aus frühen Speicheldrüsen entwickelt haben“, sagt Barua.
Könnten Mäuse giftig werden?
Bei Schlangen entwickelte sich in den folgenden Jahrmillionen eine Vielzahl an Giften. Viele davon gehen auf Substanzen zurück, die bereits in geringer Konzentration im Speichel vorkamen. Durch Modifikation und Vervielfältigung der dafür zuständigen Gene wurden sie zu wirksamen, konzentrierten Toxinen. Ein ähnlicher Prozess findet sich in Ansätzen auch bei Säugetieren: „Beispielsweise produzieren Spitzmäuse ein einfaches Gift, das große Ähnlichkeit mit Speichel hat“, so Barua.
Die Analysen legen nahe, dass Speicheldrüsen im Laufe der Evolution zu Giftdrüsen umfunktioniert werden können: „Wenn Mäuse, die mehr giftige Proteine in ihrem Speichel produzieren, unter bestimmten ökologischen Bedingungen einen besseren Fortpflanzungserfolg haben, dann könnten wir in ein paar tausend Jahren auf giftige Mäuse treffen“, spekuliert Barua. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021, doi: 10.1073/pnas.2021311118)
Quelle: Okinawa Institute of Science and Technology (OIST)
