Bernhard Peter
Bungarotoxine - die Nervengifte des Krait (1)

Abb.: So ästhetisch kann ein tödliches Gift sein: 3D-Struktur von Kappa-1-Bungarotoxin mit Signalpeptid in kristalliner Form (Protein-Datenbank PDB: 1KBA), erzeugt mit Chimera. Die roten und blauen Teile sind die Seitenketten der beiden Hälften des Homodimers, das graue Band stellt das Rückgrat der Aminosäurenkette dar, die grauen Kugeln stehen für eingelagertes Wasser. Man achte auf die bilderbuchmäßig schön ausgeprägte Faltblattstruktur (gelbe Pfeile).

Wer ist ein Krait?
Kraits sind Giftschlangen Südostasiens aus der Familie der Elapiden (Giftnattern). Sie gehört zur Gruppe der Proteroglyphen. Sie haben feststehende gefurchte Giftzähne im Vordermaul, mit denen sie die Beute packen und beim Zupacken Gift in diese injizieren. Kraits sind nachtaktiv. Sie ernähren sich hauptsächlich von anderen kleinen Schlangen, ab und zu auch von Eidechsen oder von kleinen Wirbeltieren wie Mäusen und Vögeln. Eng verwandt sind Kraits mit den Kobras.

Wo kommen Kraits vor?
12 Arten werden unterschieden, mehrere davon mit Unterarten. Der Verbreitungsschwerpunkt ist das tropische und subtropische Südostasien:

Wie gefährlich sind Kraits?
Kraits sind tagsüber defensiv und wenig angriffslustig, sie werden als friedlich und beißunlustig beschrieben. Selbst bei Annähern und Reizen verstecken sie eher ihren Kopf zwischen den Körperschlingen und ziehen sich soweit wie möglich zurück. In der Nacht dagegen sind Kraits sehr aktiv und beißen wesentlich leichter zu. Die meisten Schlangenbisse ereignen sich daher nachts, wenn Kraits auf der Jagd nach Kleintieren in menschliche Behausungen eindringen und am Boden schlafende Personen beißen. Wo Kraits vorkommen, gehören sie mit zu den größten Gefahren. In Indien z. B. ist Bungarus caeruleus der gefährlichste Krait. Ca. ein Drittel aller Giftschlangenunfälle in West-Bengalen werden dieser Art zugeschrieben. Insgesamt sollen Bungarus caeruleus und Bungarus ceylonicus für 17 % der tödlichen Schlangenbisse und 10 % der Giftschlangenbisse verantwortlich sein. In Thailand gehen die meisten tödlichen Schlangenbisse auf das Konto von Kobras, Bungarus candidus und Calloselasma rhodostoma. In dem subtropischen Verbreitungsgebiet dieser Tiere ereignen sich Bißunfälle in erster Linie während der Monsunmonate (zw. Juni und September), das ist die Zeit, in der auch die Jungen aus den Eiern schlüpfen – sie haben trotz ihrer geringen Größe bereits einen voll entwickelten Giftapparat.

Folgende LD50-Werte (intravenös) finden sich in der Literatur:

Wie wirkt das Gift von Kraits?
Im Vordergrund steht die neurotoxische Wirkung: Die Gifte blockieren die Kommunikation zwischen Gehirn und Muskeln. Sie greifen peripher an, nicht zentral, denn sie würden die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden können. Typische erste Anzeichen einer Vergiftung sind ein starrer Blick wegen der Lähmung der Augenmuskulatur und der Augenlider (schwere Oberlider), dann erstarrt die Gesichtsmuskulatur, die Lähmungen erfaßt auch die Gliedmaßen und schließlich die Atemmuskulatur, was schließlich zum Tod durch Atemstillstand führt – bei vollem Bewußtsein.

Was kann man als Erste Hilfe tun?
Generell gelten die in einem anderen Kapitel über Schlangenbisse vorgestellten Regeln. Zusätzlich ist es bei Bissen dieser Schlangen sinnvoll, das betroffene Glied mit einer Bandage (Idealbinde, Kurzzugbinde) relativ stamm von der betroffenen Stelle an zum Rumpf hin zu wickeln und zu fixieren, um die Blutzirkulation einzuschränken. Dies ist kein Abbinden! Alle anderen Regeln gelten uneingeschränkt.

Woraus besteht Schlangengift eigentlich allgemein?
Schlangengift besteht zu über 90% aus Proteinen, bezogen auf die wasserfreie Fraktion. Die Proteine lassen sich einteilen in solche, die enzymatische Eigenschaften haben, und solche, die Toxine darstellen. Enzyme im Schlangengift machen aus diesem ein hochkonzentriertes Verdauungssekret. Immerhin zerkleinert eine Schlange ihre Beute nicht, sondern verdaut sie als Ganzes, die Injektion hochaktiver Verdauungsenzyme löst die Beute von innen auf. Hämorrhagische Auflösung des Gewebes nach Vipernbissen oder Klapperschlangenbissen, Unterblutungen der Haut etc. sind die Folge dieser enzymatischen Tätigkeit von Schlangengift. Die andere Sorte, die Toxine, sind peptidische Gifte, die häufig eine spezifische Wirkung an Zellmembranen haben, die Erregungsleitung unterbrechen oder eine Lähmung herbeiführen.

Daneben gibt es noch Stoffe, die eine Zwischenstellung zwischen Toxin (Giftstoff) und Enzym einnehmen, die Phospholipasen A2 (s.u.).

Gerade bei den Kraits stehen die Toxine im Vordergrund der Giftwirkung, es handelt sich um eine hochkomplexe Mischung verschiedener Nervengifte. Bei den Nervengiften der Kraits handelt es sich ausschließlich um Protein-Gifte aus ca. 63-95 Aminosäuren. Es werden mehrere Gruppen unterschieden:

Alpha-Neurotoxine
Post-synaptisch angreifendes Neurotoxin, das irreversibel an den nicotinischen Acetylcholin-Rezeptor bindet und neuromusculäre Blockaden erzeugt und zu Paralyse der Skelettmuskulatur führt. Das verhindert die Öffnung von mit dem nicotinischen Acetylcholin-Rezeptor assoziierten Ionenkanälen. Die Blockade der motorischen Endplatten steht im Vordergrund. Bei Kraits kommen zwei Isoformen der Alpha-Bungaotoxine vor. Das Alpha-Bungarotoxin bindet so fest an den Acetylcholin-Rezeptor, daß es im Labor zum Markieren dieser Kanäle benutzt wird.

Abb.: Alpha-Bungarotoxin, A-Kette (Protein-Datenbank SCOP 44424), erzeugt mit Chimera.

Kappa-Neurotoxine:
Neurotoxin, welches ebenfalls an den postsynaptischen nicotinischen Rezeptor für Acetylcholin bindet und diesen blockiert. Im Vergleich zu Alpha-Toxinen binden Kappa-Toxine stärker an neuronale Rezeptoren und weniger stark an Muskel-Rezeptoren. Hauptangriffsbereich sind also die Nervenknoten (Ganglien), wo die Signalweiterleitung unterbrochen wird. Bei Kraits kommen mindestens 6 verschiedene Kappa-Neurotoxine vor.

Abb.: Kappa-1-Bungarotoxin, A-Kette (Protein-Datenbank SCOP 44431), erzeugt mit Chimera. Böse Zungen behaupten, ich hätte dieses Kapitel nur wegen der schönen Graphiken geschrieben....

Beta-Neurotoxine, Phospholipasen A2:
Ebenfalls Nervengifte, aber sie binden an eine präsynaptische Membran und verhindern dort die Ausschüttung des Botenstoffes Acetylcholin, der die Erregung weiterleiten soll. Auch so versiegt das Signal, es kommt zu Lähmungen. Es sind neurotoxische Phospholipasen A2, also eigentlich Enzyme, die Phospholipide hydrolysieren. Daher hat diese Gruppe eine Sonderstellung: Es handelt sich sowohl um Enzyme als auch um Gifte. Von den Phospholipasen A2 gibt es viele verschiedene Sorten, u. a. solche, die die Muskulatur auflösen wie beim Taipan, oder solche, die die neuromuskuläre Kommunikation unterbrechen wie bei den Kraits.

Neben diesen wichtigen Gruppen gibt es in dem Gift der Kraits auch noch Gamma-Toxine, Cardiotoxine, die auf das Herz gehen, sowie viele weitere Nervengifte.

Sequenz der Schlangengifte der Gattung Bungarus:
In der Zelle wird an den Ribosomen ein längeres Protein synthetisiert, eine Vorstufe des eigentlichen Giftes. Der Anfang der Gifte besteht aus 21 Aminosäuren gleicher oder äußerst ähnlicher Abfolge, die das sogenannte Signalpeptid darstellen. Das Signalpeptid sorgt dafür, daß das Gift durch die Membran des endoplasmatischen Retikulums geschleust wird und dort weitertransportiert wird. Nach dem Membrandurchtritt hat das Signalpeptid seine Funktion erfüllt und wird abgespalten. Der Rest, also die Vorstufe abzüglich der ersten 21 Aminosäuren, stellt das eigentliche Gift dar, wie in der Abb. für drei verschiedene Gifte illustriert:

Es gibt, wie oben beschrieben, mehrere Gruppen von Giften, die jeweils als Alpha-, Kappa- etc. Toxine zusammengefaßt werden. Es sind jeweils nur wenige Aminosäuren, die ausgetauscht sind. Folgende Abb. illustriert die strukturelle Ähnlichkeit insbesondere der Kappa-Toxine untereinander:

Eine detaillierte Beschreibung einzelner Bungarotoxine und anderer Neurotoxine aus Bungarus-Arten für chemisch Interessierte findet sich hier.

Literatur:
PDB-ID: 1KBA: Dewan, J. C., Grant, G. A., Sacchettini, J. C.: Crystal structure of kappa-bungarotoxin at 2.3-A resolution. Biochemistry 33 pp. 13147 (1994)
PDB-ID: 2ABX: Love, R. A., Stroud, R. M.: The crystal structure of alpha-bungarotoxin at 2.5 A resolution: relation to solution structure and binding to acetylcholine receptor. Protein Eng 1 pp. 37 (1986)
http://www.ii.uib.no/bio/i282/1997/snake-sequences.htm
l
http://www.vs-c.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/biotoxine/tiergifte.vlu/Page/vsc/de/ch/8/bc/biotoxine/schlangengift.vscml.html
http://www.gifte.de/Gifttiere/bungarus-arten.htm
http://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2004_6/Table.htm
http://www.ebi.uniprot.org/entry/P60615, http://www.ebi.uniprot.org/entry/P60616, http://www.ebi.uniprot.org/entry/P01398, http://www.ebi.uniprot.org/entry/P15816, http://www.ebi.uniprot.org/entry/P15817, http://www.ebi.uniprot.org/entry/O12961, http://www.ebi.uniprot.org/entry/O12962 und verwandte Seiten
Dieter Mebs, Gifttiere, WVG-Verlag.
Amino acid sequence of alpha-bungarotoxin from the venom of Bungarus multicinctus: D. Mebs, et al.; BBRC 44, 711 (1971)
Elapid neurotoxins. Purification, characterization, and immunochemical studies of alpha-bungarotoxin: D.G. Clark, et al.; Biochemistry 11, 1663 (1972)
Purification, properties and amino acid sequence of alpha-bungarotoxin from the venom of Bungarus multicinctus: D. Mebs, et al.; Hoppe Seylers Z. Physiol. Chem. 353, 243 (1972)
http://www.kingsnake.com/toxinology/LD50/ld50iv.html
http://www.gifte.de/Gifttiere/ld50_intraperitoneal.htm
http://www.serpenti.it/velenosi/ld50.htm

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