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Tödliches Pflanzengift des Wunderbaums Biowaffe Rizin – Forscher entschlüsseln Wirkweise und Ansätze für Gegengift

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Das Pflanzengift Rizin ist einer der giftigsten Eiweißstoffe, die es in der Natur gibt – und damit eine der gefährlichsten Biowaffen. Bereits winzige Dosen können innerhalb von 36 bis 72 Stunden zum Tod führen. Die Pflanze – Ricinus communis – die das tödliche Gift hervorbringt, wächst in so manchen Vorgärten und Parkanlagen. Nun haben Forscher die Wirkweise von Rizin entschlüsselt und dabei erstmals auch Ansätze für ein Gegengift entdeckt. Dabei half ihnen auch das Verständnis einer extrem seltenen Erkrankung, die wenige Menschen scheinbar resistent gegenüber Rizin macht.

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Blätter und Blütenstand der auch als Wunderbaum bezeichneten Rizinpflanze Ricinus communis.
Blätter und Blütenstand der auch als Wunderbaum bezeichneten Rizinpflanze Ricinus communis.
(Bild: gemeinfrei)

Wien/Österreich, Münster, Heideldberg – Immer wieder ist von Attentaten mit der Biowaffe Rizin zu lesen, wie dem spektakulären Regenschirmattentat im London der 1970-er Jahre oder zuletzt den „Ricin-Letters“, die 2014 an Barack Obama adressiert waren. Glücklicherweise wurde die Post abgefangen – ein Gegengift gibt es nämlich nicht. Genauer: noch nicht, denn ein internationales Team, an dem auch münstersche Universitätsmediziner beteiligt waren, hat jetzt die Wirkweise von Rizin entschlüsselt.

Einmal in den Organismus gelangt, entfaltet Rizin seine toxische Wirkung. Es zerstört in den Zellen die Proteinfabriken, die sogenannten Ribosomen, und beendet die fundamentalen Prozesse des Lebens radikal. Bereits winzige Dosen können innerhalb von 36 bis 72 Stunden zum Tod führen. Die Pflanze – Ricinus communis – die das tödliche Gift hervorbringt, wächst in so manchen Vorgärten und Parkanlagen. Das aus den Samen gewonnene Rizinusöl wird medizinisch und industriell genutzt - das wasserlösliche Gift kann aus der Samenschale gewonnen werden. Seit Jahrzehnten sind Wissenschaftler auf der Suche nach einem wirkungsvollen Gegengift für diese Biowaffe.

Rizin braucht „Zugangscode“ aus Zucker

Zellgifte wir Rizin liefern der Biologie aber auch wichtige Erkenntnisse über die molekularen Eigenheiten einer Zelle. Etwa, welche Anlaufstellen ein Gift benutzt, um in die Zelle zu kommen und wie es an den Ort in der Zelle gelangt, wo es lebenswichtige Prozesse verhindert. Und wie sich eine Zelle davor schützen kann.

Wie Wiener Forscher mit Unterstützung von Kollegen in Münster und Heidelberg nun berichten, liegt der Schlüssel im Zucker. Sie identifizierten zwei Gene, die Rizin so tödlich machen. Fut9 und Slc35c1 regulieren einen besonderen Zuckerstoffwechsel in der Zelle: Fucose, nicht zu verwechseln mit dem Fruchtzucker Fructose, ist ein essentieller Einfachzucker. Er wird an Proteine gebunden und kann so im Nachhinein deren Form und Funktion verändern. Da Fucose auch an die Proteine der Zellwand bindet, hat sie auch eine wichtige Rolle für Kommunikation und Transport zwischen Zellen und deren Umgebung. Laut der neuen Publikation sind die beiden Gene Fut9 und Slc35c1 für die tödliche Wirkung von Rizin verantwortlich, indem sie dem Gift Zugang zum Transportsystem der Zelle gewähren. So gelangt es zu den Ribosomen, die es schließlich zerstört.

„Ein Blockieren der Gene – zum Beispiel durch ein künstlich hergestelltes Molekül – bringt den Transport von Rizin in den Zellen durcheinander und es gelangt erst gar nicht an die Orte, wo es so großen Schaden anrichten kann. Denn dafür braucht das Gift eine charakteristische Zucker-Signatur an der Zellwand, an die es binden kann“, erläutert Jasmin Taubenschmid, Doktorandin in der Gruppe von Prof. Josef Penninger am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in Wien. Zusammen mit dem Proteinforscher Dr. Johannes Stadlmann ist sie Erstautorin der aktuellen Studie. Die Forschung bringt auch neue Erkenntnisse über die Liaison von Proteinen und Zucker, die für eine Vielzahl von fundamentalen biologischen Prozessen eine Rolle spielt. „Bisher hat man Proteine und Zucker separat erforscht. Tatsächlich ist vor allem deren Interaktion spannend und liefert uns eine zusätzliche Ebene an Informationen“, so Stadlmann.

Extrem seltener Gendefekt als Schlüssel zur Rizin-Therapie?

Eine besondere Kooperation mit der Universität Münster (dort: Prof. Thorsten Marquardt) und der Universität Heidelberg trug dazu bei, den Wirkungsmechanismus der Biowaffe aufzuklären. Die deutschen Universitätsmediziner stellten den IMBA-Kollegen Zellproben eines Patienten zur Verfügung, bei dem aufgrund eines sehr seltenen Gendefekts der Fucose-Stoffwechsel nicht funktioniert. Die berühmte Regenschirmattacke hätte er daher eventuell überlebt – als einer von sehr wenigen Menschen. Ohne den Zucker ist Rizin nämlich nicht giftig. „Die Erforschung seltener Erkrankungen führt oft zu erstaunlichen Erkenntnissen, die einem großen Kreis von Menschen nützen kann“, freut sich Penninger. Wie in diesem Fall, in dem die Erforschung der sehr seltenen Erkrankung des Fucose-Stoffwechsels, von der nur drei Fälle weltweit bekannt sind, wesentlich dazu beigetragen hat, die Idee einer präventiven Therapie gegen Rizin-Vergiftungen entstehen zu lassen.

Orginalpublikation: Jasmin Taubenschmid, Johannes Stadlmann, Markus Jost, Tove Irene Klokk, Cory D Rillahan, Andreas Leibbrandt, Karl Mechtler, James C Paulson, Julian Jude, Johannes Zuber, Kirsten Sandvig, Ulrich Elling, Thorsten Marquardt, Christian Thiel, Christian Koerner and Josef M Penninger: A vital sugar code for ricin toxicity, Cell Research advance online publication 19 September 2017; doi: 10.1038/cr.2017.116

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