¿Cómo daña el veneno de araña las células humanas? Los investigadores descubren el mecanismo asesino de la toxina de la araña reclusa

Las arañas se encuentran entre los depredadores más ingeniosos de la Tierra y capturan presas por cualquier medio necesario. Los tejedores de orbes tejen las redes de captura. Las arañas lobo acechan en el suelo por la noche. Casi todas las arañas usan veneno cuando cazan.

Pero el veneno de cada araña es un cóctel de ingredientes tan variado como su comportamiento de caza. Algunos ingredientes del veneno pueden dañar a los humanos, mientras que otros no. Como resultado, sólo unas pocas arañas representan una amenaza para la salud humana, mientras que la mayoría son inofensivas e incluso útiles para el control de plagas.

En los Estados Unidos, las arañas que son peligrosas para los humanos incluyen la reclusa parda, que porta una toxina necrótica que destruye el tejido, y la viuda negra, que tiene una neurotoxina especial que daña las células nerviosas.

Pero ¿cómo actúan estas toxinas? Mi laboratorio, en colaboración con mi colega Greta Binford, ha estado estudiando toxinas venenosas durante más de dos décadas. En una investigación publicada recientemente y dirigida por mi ex alumna Alexandra Sundman, capturamos la estructura de la toxina reclusa producida por la araña de arena de seis ojos, un pariente de la reclusa parda que se encuentra en Chile. Nuestros hallazgos proporcionan nuevas pistas para el desarrollo de nuevos tratamientos para las picaduras de arañas.

Las arañas de arena de seis ojos se camuflan excavando en la arena. Ansie Dippenaar-Schoeman/cangrejo vía iNaturalist, CC BI-SA Cortando la superficie celular

La toxina del veneno de ermitaño es una enzima, que es una proteína que acelera ciertas reacciones químicas.

La toxina ermitaña se une a la superficie de las células y se mueve a lo largo de ella como una cortadora de césped, cortando las cabezas de las moléculas en esta superficie. Mientras trabajaba en mi laboratorio, mi antiguo alumno Dan Lajoie descubrió que la toxina transforma estas moléculas de la superficie en estructuras anulares inusuales. Cuando el sistema inmunológico ataca estas células dañadas y frágiles, puede provocar una muerte tisular generalizada llamada necrosis.

Por razones que los investigadores aún no comprenden, estas toxinas causan necrosis en los humanos, pero parecen afectar principalmente las células nerviosas de los insectos presa. Es probable que ambos efectos se deban a membranas celulares dañadas o reorganizadas.

Para comprender mejor cómo el veneno de araña daña las células, mi equipo y yo cristalizamos y tomamos imágenes de rayos X de la toxina de la araña de arena chilena de seis ojos mientras se une a las moléculas objetivo que se encuentran en las membranas celulares. Nos sorprendió ver una estructura que revelaba cómo la toxina se une a las superficies celulares. Claramente visibles en la boca de la enzima estaban las moléculas de la superficie celular, dispuestas de una manera que mostraba a la enzima cortando la cabeza y convirtiéndola en un anillo.

La toxina de aislamiento (gris), específicamente la toxina fosfolipasa D, se une a las membranas celulares (amarillo). Mateo Cordes/ChimeraX, CC BI-SA

Cuando comparamos la estructura de la toxina cuando está unida a sus moléculas objetivo con su estructura cuando no lo está, vimos cambios que sugieren que se activa cuando se une a las superficies celulares. Es decir, comienza a dañar las células cuando se adhiere a su superficie.

Descubriendo al ermitaño

Fieles a su nombre, los ermitaños suelen permanecer en lugares oscuros y cubiertos, como pilas de madera, armarios y fundas de almohada, y pueden entrar accidentalmente en contacto con humanos. No son agresivos, pero muerden cuando se sienten amenazados. El síntoma más común es una herida grave en la piel que puede requerir un trasplante, pero la toxina también puede dañar los glóbulos rojos y causar insuficiencia renal potencialmente mortal.

Las lesiones de las arañas ermitañas pueden diagnosticarse erróneamente debido a su similitud con las llagas causadas por bacterias como el estafilococo resistente a la meticilina. No existen tratamientos aprobados en los EE. UU., aunque hay antídotos disponibles en América del Sur.

Se espera que este trabajo pueda guiar a los científicos en el desarrollo de nuevas formas de tratar las picaduras de arañas y bloquear el efecto de sus toxinas, ya sea interfiriendo con su capacidad para unirse a la superficie de las células o alterándolas químicamente.