Descifrado el secreto del veneno de la viuda negra
Científicos combinan la microscopía electrónica y la simulación computacional para descifrar cómo la potente neurotoxina α-latrotoxina del veneno de la araña viuda negra actúa sobre las células.
Por Enrique Coperías
El veneno de la viuda negra es neurotóxico, lo que significa que bloquea la transmisión de impulsos nerviosos, lo que paraliza el sistema nervioso central y produce dolores musculares intensos. Cortesía: James Gathany
La viuda negra americana (Latrodectus mactans) es una de las especies de araña más temidas. Su veneno es un cóctel de siete toxinas diferentes que atacan el sistema nervioso. Las llamadas latrotoxinas paralizan específicamente a insectos y crustáceos, pero una de ellas en concreto, la α-latrotoxina, ataca a los vertebrados y también es venenosa para los seres humanos.
La viuda negra americana se encuentra comúnmente en América del Norte, especialmente en el sureste de Estados Unidos. Prefiere ambientes oscuros y protegidos, como garajes, cobertizos y rincones de casas. Las hembras son más grandes que los machos, y alcanzan un tamaño de hasta 1.5 cm de longitud. Tienen un cuerpo negro brillante y una característica marca roja en forma de reloj de arena en la parte inferior de su abdomen. Los machos son más pequeños, tienen un color más claro y su veneno es menos potente que el de sus compañeras.
La mordedura de la viuda negra puede ser muy dolorosa y a menudo se acompaña de síntomas como dolor intenso en el sitio de la picadura, calambres musculares, sudoración, náuseas y dificultad para respirar. No obstante, aunque las mordeduras de viuda negra pueden ser graves, son raramente mortales, especialmente en personas sanas.
La latrotoxina interfiere en la transmisión de señales en el sistema nervioso. En cuanto la α-latrotoxina se une a los receptores específicos de las sinapsis —los contactos entre las células nerviosas o entre las células nerviosas y los músculos—, los iones de calcio fluyen sin control hacia las membranas presinápticas de las células señalizadoras; en biología, la célula que libera la señal se denomina célula señalizadora, mientras que la célula que responde a la señal se denomina célula diana.
Descifrada la estructura de la α-latrotoxina
Esta hiperactividad induce la liberación de neurotransmisores que acaban por desencadenar fuertes contracciones musculares y espasmos.
A pesar de la aparente simplicidad de este proceso, hay un mecanismo muy complejo detrás de él. Científicos de la Universidad de Münster, en Alemania, han descifrado la estructura de la α-latrotoxina antes y después de la inserción en la membrana celular con una resolución casi atómica.
Para comprender mejor el mecanismo de entrada de calcio en la membrana presináptica, expertos del Centro de Nanociencia Blanda de la Universidad de Münster, dirigidos por el profesor Christos Gatsogiannis, del Instituto de Física Médica y Biofísica; y el profesor Andreas Heuer , del Instituto de Química Física, recurrieron a la criomicroscopía electrónica de alto rendimiento (crioEM) y a simulaciones informáticas de dinámica molecular (DM).
Como la aguja de una jeringuilla
De este modo, fueron capaces de mostrar que la toxina sufre una notable transformación cuando se une al receptor celular. Parte de la molécula tóxica forma un tallo que penetra en la membrana de la célula como la aguja de una jeringuilla. Como característica especial, este tallo forma un pequeño poro en la membrana que funciona como un canal de calcio.
Las simulaciones por DM revelaron que los iones de calcio pueden fluir hacia el interior de la célula a través de una puerta selectiva situada en el lado directamente superior al poro.
Cuando la α-latrotoxina se une al receptor de la membrana presináptica de la célula señalizadora, sufre una transformación: parte de la molécula forma un tallo que penetra en la membrana celular (inserción de membrana, a la derecha). Como característica especial, este tallo forma un pequeño poro en la membrana que actúa como un canal de calcio. Las simulaciones de MD revelaron que los iones de calcio (iones Ca2+) ingresan a la célula a través de una puerta selectiva lateral directamente sobre el poro. Crédito: Universidad de Münster / Grupo Gatsogiannis
Gracias a estos resultados, los investigadores comprenden ahora mejor cómo funciona la α-latrotoxina. «La toxina imita la función de los canales de calcio de la membrana presináptica de una forma muy compleja — explica Gatsogiannis. Y añade—: Por tanto, difiere en todos los aspectos de todas las toxinas conocidas hasta ahora».
Los nuevos hallazgos, que acaban de publicarse en la revista Nature Communications, abren un amplio abanico de aplicaciones potenciales. Asi es, las latrotoxinas tienen un considerable potencial biotecnológico, incluido el desarrollo de antídotos mejorados, tratamientos para la parálisis y nuevos biopesticidas.
En trabajos anteriores, el grupo de investigación dirigido por Gatsogiannis ya había descifrado la estructura de las latrotoxinas específicas de insectos en el veneno de la araña viuda negra antes de insertarse en la membrana. ▪️
Christos Gatsogiannis (izquierda) y Andreas Heuer, autores del estudio que ha sacado a la luz cómo actúa a nivel celular la toxina α-latrotoxina. Crédito: University of Münster - Elisa Schulze-Averbeck
Información facilitada por la Universidad de Münster
Fuente: Klink, B. U., Alavizargar, A., Kalyankumar, K. S. et al. Structural basis of α-latrotoxin transition to a cation-selective pore. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-52635-5
