Schnecken-Schleim der Cepaea nemoralis: Kollagen VI und Calcium formen fünf Typen

Eine Hain-Bänderschnecke gleitet auf einer dünnen Schleimspur über einen Ziegelstein. Dieselbe Schnecke kann ihr Gehäuse aber auch mit einem Schleim so fest an genau diesen Stein kleben, dass es sich nicht mehr löst. Beides stammt vom selben Tier – und doch verhält sich das Material jeweils völlig unterschiedlich.

Schleim gilt landläufig als dünnflüssige Substanz, die Gewebe feucht hält und Keime auf Abstand hält. Schnecken setzen ihn jedoch ebenso als Baustoff ein: zum Haften, als Schutzschicht und auch, um Fressfeinde abzuschrecken.

Ein Forschungsteam hat nun gezeigt, dass fünf verschiedene Schleimarten der europäischen Hain-Bänderschnecke auf demselben Protein-Grundgerüst beruhen. Calcium und einige weitere Bestandteile stimmen diese Sekrete so ab, dass daraus Klebstoffe, Gleitfilme und Abwehrüberzüge entstehen.

Mariella Gabler und Kolleginnen und Kollegen am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung untersuchten fünf Sekrete von Cepaea nemoralis, der Hain-Bänderschnecke – einer in Europa weit verbreiteten Landschnecke.

Eine Schnecke produziert fünf Schleime (Cepaea nemoralis)

Jedes der Sekrete erfüllt eine eigene Aufgabe. Eines dient als Gleitmittel, damit das Tier sich fortbewegen kann, ein anderes wirkt als Klebstoff, der das Gehäuse auf einem Untergrund fixiert. Ein drittes transportiert Kreide und übernimmt eine Schutzfunktion.

Das vierte Sekret ist gelb und ausgesprochen klebrig. Es lässt sich stark in die Länge ziehen und ist zugleich schwer zu zerreissen. Das fünfte tritt schaumig aus und gilt als Mittel, um Räuber abzuschrecken.

Schleim besteht zum grössten Teil aus Wasser. Den Hauptanteil der übrigen Substanz bilden Proteine, an die Zuckerreste gebunden sind, ausserdem kommen lange Zuckerketten auch frei vor.

Keines der fünf Sekrete tropft wie eine gewöhnliche Flüssigkeit. Sie bleiben zusammenhängend, und vier davon erledigen Aufgaben, die ein reiner Flüssigkeitsfilm nicht leisten könnte.

Das Team bestimmte die jeweils enthaltenen Proteine, prüfte das Materialverhalten der Sekrete und bildete ihre Struktur ab. Fünf so unterschiedliche Funktionen würden eigentlich auf fünf deutlich verschiedene Mischungen hindeuten.

Unterschiedliche Schleime, gleiche Grundrezeptur

Statt klar getrennten Rezepturen stellten die Forschenden fest, dass sich die Schleime überraschend stark ähneln. Sechs der acht Autorinnen und Autoren arbeiten in Potsdam, zwei weitere am Max-Planck-Institut für Biochemie bei München.

Franziska Jehle gehört zu den Autorinnen in Potsdam. Earth.com fragte sie, was sie am meisten erstaunt habe, nachdem alle fünf Sekrete direkt miteinander verglichen worden waren.

„Wir waren überrascht, dass die Zusammensetzung aller fünf Schleimtypen sehr ähnlich ist, obwohl sie völlig unterschiedlich aussehen und sich verhalten“, sagte Jehle gegenüber Earth.com.

Kollagen VI taucht im Schleim auf

Ein Protein trägt in allen fünf Sekreten den Grossteil der strukturellen Funktion: Kollagen VI. Beim Menschen ist es unter anderem Bestandteil von Haut, Knochen und Gelenken und hilft dort, Gewebe zusammenzuhalten.

„Es war auch ziemlich unerwartet, Kollagen VI als Schlüsselkomponente des Schleims zu identifizieren“, sagte Jehle.

Die Schnecke, so Jehle, reguliert dabei zwei Grössen: wie viel Protein insgesamt in ein Sekret gelangt – und welcher Anteil dieses Proteins aus Kollagen VI besteht. Zusammen bestimmen diese Werte, wie dicht das Proteinnetzwerk gepackt ist.

Je dichter das Netzwerk, desto widerstandsfähiger wird der Schleim. Dieses Verhältnis trennt letztlich das Material, auf dem die Schnecke gleitet, von dem, das ein Gehäuse am Untergrund festhält.

Calcium verändert jeden Schleim

Als zweite wichtige Zutat kommt Kreide hinzu – und zwar in einer weichen Form, die noch nie kristallisiert ist. Die Schnecke lagert sie in Drüsengewebe und gibt sie je nach Bedarf gemeinsam mit dem Schleim ab.

Welche Wirkung die Kreide hat, hängt davon ab, ob der Schleim feucht bleibt oder austrocknet. In einem nassen Sekret bringt Calcium Proteinstränge zusammen und fixiert sie. Trocknet das Material, wird daraus Kalzit – das Mineral, das auch in Muschelschalen und Kalkstein vorkommt – und macht die Schicht steifer.

„Calcium dient in ionischer Form entweder dazu, den Schleim zu vernetzen, oder als Kalzit dazu, das Material zu verstärken“, erklärte Jehle.

Forschende sehen medizinisches Potenzial

Schnecken-Schleim ist bereits ein Inhaltsstoff, den man kaufen kann – überwiegend in Gesichtscremes und Seren.

„Das kommerzielle Interesse an Schneckenschleim ist riesig, z. B. in der Kosmetik“, sagte Jehle. „Allerdings war lange weitgehend unklar, woher seine interessanten und vorteilhaften Eigenschaften stammen.“

In dieser Arbeit wurde nichts an Menschen oder an Wunden erprobt. Beschrieben wird, was eine Schneckenart produziert und wie die Bausteine über fünf Sekrete hinweg zusammenwirken.

Materialien aus dem Tierreich standen schon früher im Fokus: Miesmuscheln haften unter Wasser mit einem proteinbasierten Klebstoff an Felsen, und die Gifte von Kegelschnecken dienen als Ausgangspunkt für neue Medikamente.

Auch in anderer Hinsicht hat die Forschungsgruppe Biologinnen und Biologen bereits überrascht – unter anderem mit Schnecken, die im Inneren von Seegurken leben.

Wundauflagen sind das Ziel

Gefragt, welches der fünf Sekrete sie am liebsten nachbauen würde, nannte Jehle das Gleitsekret. Zellen haften daran, es hält Feuchtigkeit und bietet einen gewissen Schutz vor Mikroben – damit erfüllt es nahezu das Anforderungsprofil einer Wundauflage.

Ausserdem, so Jehle, könne seine Struktur als Gerüst für das Zellwachstum dienen oder in einen Sensor integriert werden.

All das ist bislang Zukunftsmusik. Jedes der fünf Sekrete besitzt eine eigene, schichtartige innere Struktur, und Jehle betonte, dass auch der Umgang der Schnecke mit dem Material dessen Ausprägung mitbestimmt.

„Wir konzentrieren uns derzeit in weiteren Studien darauf, die Speicherung und den Zusammenbau der verschiedenen Schleimtypen zu untersuchen, was entscheidend ist, bevor man sich von diesem einzigartigen und vielseitigen Biomaterial inspirieren lassen oder es nachbilden kann“, sagte sie.

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Science.