The Botulinum Neurotoxin, a Deadly Toxin that also Heals
- Reference number
- ICA08-0001
- Start and end dates
- 090910-131231
- Amount granted
- 3 000 000 SEK
- Administrative organization
- Stockholm University
- Research area
- Life Sciences
Summary
The Botulinum neurotoxins are the most toxic substances known. Even though the toxins can be deadly they are extensively utilized to treat numerous medical conditions. I am going to establish a leading research group at the Center for Biomembrane Research. Here we will study the toxins interactions with its co-receptors that are located on the neuron surface. Many of the co-receptors are membrane proteins and we will study their interactions with different toxin serotypes. We will use X-ray crystallography and a variety of other methods. Our findings will help us in the design of toxin variants with novel co-receptor affinity and specificity. These toxin variants will improve existing, and also generate new, medical applications. There is great potential in studies of the Botulinum neurotoxins and related genes for the identification of novel functionality and applications, both medical and biotechnological. Our results will be of broad scientific interest answering important questions. The binding to and passage through the neuronal membrane are necessary steps for the function of the Botulinum neurotoxin and much knowledge will be gained about these important processes. We will also contribute to the development of toxin countermeasures and vaccines. Our findings will be highly relevant both for academia and industry. We are going to make key scientific discoveries and develop new toxin variants with the aim of commercializing our findings.
Popular science description
Botulinumtoxinet är den giftigaste substans som vi känner till, det är en million gånger farligare än giftet från en kobra. Trots sin giftighet har toxinet i mycket låga koncentrationer många viktiga medicinska användningsområden. Milliontals människor injicerar toxinet varje år både för medicinska och kosmetiska ändamål. Ett av många användningsområden är injektioner i specifika muskler på spastiska patienter, dessa injektioner kan avsevärt förbättra funktionalitet och levnadsstandard. Giftet används av många för att släta ut rynkor och säljs under namnet Botox. Det finns därtill en överhängande risk för att toxinet kan användas vid en terroristattack, därför är det viktigt att känna till hur giftet fungerar och att utveckla motgift och vaccin. Toxinet är en proteinmolekyl som produceras av bakterien Clostridium botulinum. Toxinet fungerar genom att bryta förbindelsen mellan nerverna och musklerna vilket leder till en förlamning av inblandade muskler. Man kan slå ut specifika muskler genom injektioner av små mängder gift, detta används för medicinska ändamål. Vi vill studera hur giftet binder särskilda mottagarmolekyler, receptorer, på ytan av nerverna. Det finns flera olika varianter av Botulinumtoxinet. De flesta binder till långa sockermolekyler på ytan av cellerna och samtidigt till ett protein som sitter förankrat i cellernas yta. Olika typer av toxinet binder till olika proteiner. För att studera bindningen mellan giftet och mottagarmolekylerna kommer vi att använda oss av röntgenkristallografi, en metod som ger en detaljerad bild av molekylerna och deras interaktioner. Med hjälp av andra metoder kommer vi också studera hur starkt toxinet och dess receptorer binder till varandra. Informationen som vi får fram kommer vi att använda för att kombinera receptorbindningsegenskaper från flera olika typer av toxin. Vi vill också designa ett toxin som kan binda till helt nya målmolekyler. Att förändra toxinets bindningsegenskaper är ett mycket attraktivt sätt för att förändra vilka sjukdomstillstånd som kan behandlas. Studier av neurotoxinet och dess relaterade gener har stor potential till upptäckter och utveckling av nya produkter som kan lägga grunden för ett forskningsföretag. Vi har kontakt med forskningsavdelningen vid det företag som tillverkar Botox samt med en av huvudtillverkarna för motgift och vaccin, vilket kommer att vara till stor nytta vid överförandet av våra forskningsresultat till praktiska tillämpningar.