科學家成功破譯黑寡婦蜘蛛神秘毒液之謎

黑寡婦蜘蛛是最令人畏懼的蜘蛛物種之一。它的毒液是由七種不同毒素組成的混合物，會攻擊神經系統。這些所謂的拉特羅毒素專門致使昆蟲和甲殼類動物癱瘓，但其中一種，即α-拉圖毒素，針對脊椎動物，對人類也有毒性。它會干擾神經系統中的信號傳輸。

一旦α-拉圖毒素與突觸（神經細胞之間或神經細胞與肌肉之間的接觸點）的特定受體結合，鈣離子就會不受控制地流入信號細胞的突觸前膜。這會誘導神經遞質的釋放，引發強烈的肌肉收縮和痙攣。

儘管這一過程表面上看起來簡單，但其背後卻存在着一個極爲複雜的機制。明斯特大學的科學家們如今已近乎以原子分辨率破譯了α-拉圖毒素在膜插入前後的結構。研究結果發表在《自然通訊》雜誌上。

爲了更好地理解鈣離子內流到突觸前膜的機制，由克里斯托斯·加佐吉安尼斯教授（醫學物理與生物物理研究所）和安德烈亞斯·霍伊爾教授（物理化學研究所）領導的明斯特大學軟納米科學中心的專家們使用了高性能冷凍電子顯微鏡（冷凍電鏡）和分子動力學（MD）計算機模擬。

他們表明，當毒素與受體結合時會經歷顯著的變化。有毒分子的一部分形成一個莖狀物，像注射器一樣穿透細胞膜。作爲一個特殊特徵，這個莖狀物在膜上形成一個小孔，起到鈣離子通道的作用。分子動力學模擬顯示，鈣離子可以通過位於小孔正上方一側的選擇性通道流進細胞。

憑藉這些結果，研究人員現在更清楚地知曉了α-拉特羅毒素是如何起作用的。“這種毒素以一種非常複雜的方式模擬突觸前膜鈣通道的作用，”加佐吉安尼斯解釋說。“因此，它在方方面面都與所有先前已知的毒素不同。”

新的發現開闢出了廣泛的潛在應用領域；拉特羅毒素具有相當大的生物技術方面的潛力，包括開發改進的解毒劑、治療癱瘓和新的生物農藥。

在【先前的工作】中，由加佐吉安尼斯領導的研究小組在插入膜之前已經破譯了黑寡婦蜘蛛毒液中昆蟲特有的拉特毒素的結構。