Определили белок, который противодействует ключевым токсинам яда гремучей змеи.
Ежегодно во всем мире ядовитые змеи вызывают около 120 000 смертей и 400 000 травм, приводящих к инвалидности, причем только в Соединенных Штатах насчитывается около 8 000 случаев укусов змей.
Чтобы уменьшить и смягчить тяжесть укусов ядовитых змей, группа биологов Университета Мэриленда начала исследование генома западной гремучей змеи (Crotalus atrox), вида, в геноме которого закодировано больше ядовитых токсинов, чем у любой другой известной гремучей змеи. Команда определила единственный белок, названный FETUA-3, который ингибирует широкий спектр токсинов яда гремучей змеи.
Опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Выводы группы имеют важное значение для разработки улучшенных методов лечения укусов змей.
«Хорошее лечение змеиных укусов должно быть в состоянии противодействовать ядам более чем одного вида змей», — сказал старший автор исследования Шон Кэрролл, заслуженный профессор биологии в UMD и вице-президент по научному образованию в Howard Hughes Medical. института (ХГМИ).
«FETUA-3 ингибировал огромное количество токсинов — более 20 — которые мы обнаружили и даже связали с ними, а также ингибировал токсины ядов нескольких других протестированных нами гремучих змей. Нам нужно больше узнать о том, насколько широко можно применять FETUA-3. или если потребуется дополнительная обработка, но знание того, что этот белок может нейтрализовать целый класс токсинов, еще больше приближает исследователей к созданию лучшего противоядия».
Тайна естественной истории
По словам Кэрролла, исследование команды началось с простой, но интригующей загадки, которая долгое время ускользала от внимания исследователей: как и почему ядовитые змеи устойчивы к собственному яду?
«Это похоже на постоянную трехстороннюю биологическую гонку вооружений, где каждая сторона всегда вводит новшества, чтобы победить другую», — объяснил Кэрролл, который также является председателем Эндрю и Мэри Бало, Николаса и Сьюзен Саймон в UMD.
«Чтобы выжить после укуса ядовитой змеи, жертва должна выработать устойчивость к яду. Если жертва становится немного устойчивой, то змеи должны приспосабливаться к лучшему яду. Но змеи также смогли защитить себя от своего собственного развивающегося яда — наша цель состояла в том, чтобы выяснить, как именно».
Яды большинства змей несут целый арсенал опасных токсинов, которые облегчают паралич, умерщвление и переваривание добычи. Одним из основных компонентов яда гремучей змеи является класс молекул, называемых металлопротеиназами, которые предотвращают образование тромбов , разрушают ткани и в конечном итоге вызывают кровотечение. Чтобы защитить себя от этих токсинов, как змеи, так и их жертвы полагаются на специальные белки, закодированные в их геномах, которые блокируют изнурительные эффекты яда.
Исследователи исследовали семейство из пяти белков, обычно приписываемых устойчивости к яду. Неожиданно только один член семейства белков обладал большей противодействующей яду активностью — FETUA-3 — связывая почти все токсины в яде западного ромбовидного спинного мозга. Он также связывал и ингибировал токсины ядов нескольких других гремучих змей.
Проследив эволюционное происхождение FETUA-3, исследователи с удивлением обнаружили, что хотя FETUA-3 присутствовал у ближайших родственников западной гремучей змеи в Азии и Южной Америке, другой белок из того же семейства отвечал за их защиту от ядовитых токсинов. .
Другими словами, гремучие змеи выработали свою устойчивость в результате двух отдельных генетических событий. Открытие предполагает, что где-то на временной шкале эволюции вида произошел крупный эволюционный сдвиг, в результате чего семейство ингибиторов расширилось и диверсифицировалось по всей линии Crotalus.
Благодаря этим новым знаниям команда получила представление о том, как экологические ситуации стимулируют инновации и «гонку вооружений» среди животных, таких как гремучие змеи и их добыча. Они надеются, что их результаты помогут исследователям узнать больше о том, как FETUA-3 и другие развивающиеся белки, блокирующие токсины , могут служить ингредиентами для более эффективного лечения укусов змей.
«Многие современные методы лечения с использованием устаревших технологий и противоядий имеют недостатки, в том числе различия в эффективности или ее отсутствие, примеси, вызывающие побочные эффекты, и несоответствие производства», — сказала ведущий автор исследования Фиона Уккен, приглашенный специалист факультета биологии UMD. и ЧМИ. «Но, улучшая наше понимание молекулярной основы ингибирования яда, мы можем помочь создать новые и более эффективные терапевтические методы лечения».
