ارزش زیست‌شیمیایی پنهان در سم عنکبوت

1

عنکبوت‌ها که به دلیل قابلیت‌های سمی خود شناخته می‌شوند، از یک زرادخانه شیمیایی برای شکار طعمه و دفاع از خود استفاده می‌کنند. در حالی که سموم عصبی کوچک که سیستم عصبی مرکزی قربانیانشان را هدف قرار می‌دهند به شدت مطالعه شده‌اند، دانشمندان در آلمان تمرکز خود را بر روی آنزیم‌های موجود در ترکیب پیچیده سم معطوف کرده‌اند.

این متخصصان طیف گسترده‌ای از پروتئین‌ها را کشف کرده‌اند که واکنش‌های زیست‌شیمیایی را تسهیل می‌کنند و تا پیش از این نادیده گرفته شده بودند. به گفته محققان، این آنزیم‌ها می‌توانند ارزش زیادی برای کاربردهای زیست‌اقتصادی داشته باشند.

عنکبوت‌ها سم پیچیده‌ای تولید می‌کنند

با حدود ۵۲ هزار گونه در سراسر جهان، عنکبوت‌ها از تنوع چشمگیری برخوردارند و برخی از پیچیده‌ترین سم‌های حیوانات را تولید می‌کنند. سم یک گونه تنها می‌تواند بیش از ۳ هزار مولکول، عمدتاً سموم عصبی کوچک برای غلبه بر حشرات، داشته باشد.

یک تیم از محققان مرکز LOEWE TBG در موسسه Fraunhofer برای زیست‌شناسی مولکولی و بوم‌شناسی کاربردی، شعبه منابع زیستی (IME-BR) در گیسن، آلمان، این اجزای نادیده گرفته‌شده سم عنکبوت را بررسی کرده و به کشف شگفت‌انگیزی دست یافته‌اند.

متخصصان متوجه شدند که علاوه بر سموم عصبی، سم عنکبوت‌ها همچنین حاوی طیف گسترده‌ای از آنزیم‌ها است.

آنزیم‌ها در سم عنکبوت

تیم لودکه، یکی از نویسندگان این مطالعه، رئیس گروه ونومیکس حیوانات در IME-BR در گیسن است.

او بیان کرد: “در گذشته، چندین مطالعه پیشگامانه وجود آنزیم‌ها در سم عنکبوت را پیشنهاد داده بودند، اما هیچ جستجوی هدفمندی برای آن‌ها انجام نشده بود.”

“ما این وظیفه را بر عهده گرفتیم و به طور سیستماتیک داده‌های خام تمامی عنکبوت‌هایی که تاکنون از نظر سم مورد بررسی قرار گرفته‌اند را برای یافتن آنزیم‌ها غربال کردیم. توانستیم نشان دهیم که در واقع بیش از ۱۴۰ خانواده مختلف آنزیم در سم آن‌ها وجود دارد.”

تنوع شیمیایی سم عنکبوت

لودکه خاطرنشان کرد که تاکنون تنوع شیمیایی سم‌های عنکبوت به طور چشمگیری دست کم گرفته شده بود، زیرا تمامی محاسبات پیچیدگی تنها بر اساس سموم عصبی انجام می‌شد.

به گفته متخصصان، این یافته‌ها نه تنها رویکردهای تحقیقاتی جدیدی را برای درک بهتر تکامل و عملکرد سم‌های عنکبوت امکان‌پذیر می‌کند، بلکه چشم‌اندازهای جدیدی برای استفاده از آن‌ها باز می‌کند.

جوزفین درسلر، نویسنده اول مطالعه توضیح داد: “آنزیم‌ها بلوک‌های ساختمانی کلیدی زیست‌اقتصاد هستند. آن‌ها واکنش‌های شیمیایی را تسریع می‌کنند و با تولید کم محصولات جانبی، مصرف انرژی پایین و قابلیت تجزیه‌پذیری شناخته می‌شوند”.

“آن‌ها می‌توانند به این ترتیب به شکلی بسیار پایدار ایجاد ارزش کنند. صنعت دائماً به دنبال منابع جدید آنزیم‌ها است.”

باز کردن یک میدان جدید تحقیقاتی

درسلر خاطرنشان کرد که برخی از آنزیم‌های شناسایی شده در این مطالعه می‌توانند به دلیل خاصیت تجزیه چربی یا پروتئین خود در مواد شوینده یا مدیریت پسماند مورد استفاده قرار گیرند. “آن‌ها می‌توانند سهم قابل توجهی در یک تحول پایدار داشته باشند.”

“تاکنون جامعه علمی سم عنکبوت تنها بر روی کاربردهای پزشکی یا کشاورزی تمرکز کرده است. کشف ما امکان ایجاد یک میدان کاملاً جدید از تحقیقات کاربردی را باز می‌کند”، لودکه گفت.

“اما ما تنها در آغاز راه هستیم، زیرا کمتر از ۱ درصد از تمام گونه‌های عنکبوت از نظر سم‌هایشان مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. من مطمئنم که در ۹۹ درصد باقی‌مانده از جمعیت عنکبوت‌های جهان کشفیات هیجان‌انگیز دیگری خواهیم داشت.”

به گفته محققان، این مطالعه تناقضات گسترده‌ای بین پایگاه‌های داده عمومی و انتشارات در رابطه با پوشش آنزیم‌ها را نشان داد، که این موضوع مانعی برای توسعه کاربردهای جدید مبتنی بر آنزیم‌های سم عنکبوت است.

نویسندگان نتیجه‌گیری کردند: “کشف فراوانی و تنوع آنزیم‌های سم که قبلاً نادیده گرفته شده بودند، راه‌های جدیدی برای کشف زیستی سم عنکبوت باز خواهد کرد”.

کاربردهای آنزیم‌های سم عنکبوت

آنزیم‌های موجود در سم عنکبوت به دلیل ویژگی‌های زیست‌شیمیایی منحصر به فردشان کاربردهای بالقوه مختلفی در پزشکی و زیست‌فناوری دارند. برخی از کاربردهای بالقوه عبارتند از:

مسکن‌ها

برخی از آنزیم‌های سم عنکبوت کانال‌های عصبی را هدف قرار می‌دهند و به همین دلیل ممکن است به عنوان گزینه‌ای برای تولید مسکن‌های غیر مخدر مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، پپتیدهای موجود در سم می‌توانند گیرنده‌های درد را بدون عوارض جانبی اعتیادآور مسدود کنند.

درمان سرطان

برخی آنزیم‌های موجود در سم عنکبوت ممکن است به طور انتخابی سلول‌های سرطانی را هدف قرار دهند. تحقیقات نشان داده که این آنزیم‌ها می‌توانند غشاهای سلولی را تجزیه کنند یا از تکثیر سلولی جلوگیری کنند، و به این ترتیب ممکن است به عنوان ابزارهای درمان سرطان مورد استفاده قرار گیرند.

عوامل محافظت کننده عصبی

برخی از آنزیم‌های سم از سلول‌های عصبی در برابر پروتئین‌های سمی مرتبط با بیماری‌های نورودژنراتیو مانند آلزایمر یا پارکینسون محافظت می‌کنند و ممکن است یک رویکرد درمانی بالقوه ارائه دهند.

عوامل ضد میکروبی

آنزیم‌های سم عنکبوت می‌توانند دیواره‌های سلولی باکتری‌ها را تجزیه کنند که این موضوع می‌تواند برای توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید به ویژه در مبارزه با باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک مورد استفاده قرار گیرد.

لخته شدن خون

برخی از آنزیم‌های سم عنکبوت می‌توانند لخته شدن خون را ترویج دهند یا از آن جلوگیری کنند. این موضوع می‌تواند برای توسعه درمان‌هایی برای اختلالات خونی مانند هموفیلی (ترویج لخته شدن) یا برای داروهای ضد انعقاد خون برای جلوگیری از لخته‌های خونی مفید باشد.

حشره‌کش‌ها

از آنجا که سم عنکبوت به طور مؤثر حشرات را بی‌حرکت یا می‌کشد، آنزیم‌های سم می‌توانند در توسعه حشره‌کش‌های دوستدار محیط زیست برای کنترل آفات مورد استفاده قرار گیرند.

این مطالعه در مجله npj Biodiversity منتشر شده است.