科学家成功破译黑寡妇蜘蛛神秘毒液之谜

黑寡妇蜘蛛是最令人畏惧的蜘蛛物种之一。它的毒液是由七种不同毒素组成的混合物，会攻击神经系统。这些所谓的拉特罗毒素专门致使昆虫和甲壳类动物瘫痪，但其中一种，即α-拉图毒素，针对脊椎动物，对人类也有毒性。它会干扰神经系统中的信号传输。

一旦α-拉图毒素与突触（神经细胞之间或神经细胞与肌肉之间的接触点）的特定受体结合，钙离子就会不受控制地流入信号细胞的突触前膜。这会诱导神经递质的释放，引发强烈的肌肉收缩和痉挛。

尽管这一过程表面上看起来简单，但其背后却存在着一个极为复杂的机制。明斯特大学的科学家们如今已近乎以原子分辨率破译了α-拉图毒素在膜插入前后的结构。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

为了更好地理解钙离子内流到突触前膜的机制，由克里斯托斯·加佐吉安尼斯教授（医学物理与生物物理研究所）和安德烈亚斯·霍伊尔教授（物理化学研究所）领导的明斯特大学软纳米科学中心的专家们使用了高性能冷冻电子显微镜（冷冻电镜）和分子动力学（MD）计算机模拟。

他们表明，当毒素与受体结合时会经历显著的变化。有毒分子的一部分形成一个茎状物，像注射器一样穿透细胞膜。作为一个特殊特征，这个茎状物在膜上形成一个小孔，起到钙离子通道的作用。分子动力学模拟显示，钙离子可以通过位于小孔正上方一侧的选择性通道流进细胞。

凭借这些结果，研究人员现在更清楚地知晓了α-拉特罗毒素是如何起作用的。“这种毒素以一种非常复杂的方式模拟突触前膜钙通道的作用，”加佐吉安尼斯解释说。“因此，它在方方面面都与所有先前已知的毒素不同。”

新的发现开辟出了广泛的潜在应用领域；拉特罗毒素具有相当大的生物技术方面的潜力，包括开发改进的解毒剂、治疗瘫痪和新的生物农药。

在【先前的工作】中，由加佐吉安尼斯领导的研究小组在插入膜之前已经破译了黑寡妇蜘蛛毒液中昆虫特有的拉特毒素的结构。