Расшифрована эволюционная история трехпальцевых токсинов змей

Ежегодно укусы змей вызывают около 100 000 смертей во всем мире. Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) выяснили, как токсин возник между 50 и 120 миллионами лет назад в результате модификации гена, который также встречается у млекопитающих и других рептилий. Результаты могут помочь в разработке более эффективных методов лечения укусов змей и привести к новым знаниям для лечения таких заболеваний, как диабет 2 типа и гипертония.

Когда яд попадает в организм жертвы укуса, он связывается с рецепторами на нервных и мышечных клетках и прерывает пути коммуникации между ними. Это сначала вызывает паралич, а без противоядия может привести к смерти в течение нескольких минут или часов. Команда исследователей изучила, как белковая структура змеиных ядов, известных как трехпальцевые токсины (3FTxs), менялась в ходе эволюции.

Возникновение трехпальцевых токсинов

Команда профессора биоинформатики Буркхарда Роста обнаружила, что трехпальцевые токсины развились со временем из гена Ly6, который также присутствует у млекопитающих и других рептилий. Он отвечает за различные метаболические функции, такие как иммунный ответ клеток и нейрорегуляция. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Доктор Иван Колударов, исследователь и первый автор исследования, говорит: «Из предыдущих исследований следует, что змеи отделились от других ящериц около 120 миллионов лет назад. Современные ядовитые змеи и другие виды змей разошлись около 50 миллионов лет назад, и у обоих уже есть функциональные гены 3FTx. Это означает, что ген Ly6 так сильно изменился за период от 50 до 120 миллионов лет назад, что теперь вызывает сильный токсический эффект».

В ходе эволюции ген Ly6, который генерирует инструкции для токсина, неоднократно удваивался. Следовательно, ядовитые змеи несут несколько копий этого гена. На этих копиях мутировали различные сегменты. В результате функция белка, кодируемого геном, изменилась настолько радикально, что он больше не выполняет свою первоначальную функцию, а вместо этого действует как токсин.

Различные формы яда

Докторант Тобиас Зенонер добавляет: «Ген мутировал по-разному у различных видов змей. На основе полученных белковых структур мы можем выделить четыре формы токсина 3FTx. Каждая из них имеет специфические структуры и, следовательно, действует на добычу змеи по-разному».

Профессор Буркхард Рост объясняет: «Для нашего исследования мы собрали всю доступную информацию из базы данных UniProt, которая предоставляет данные о белках всех живых организмов и вирусов. Кроме того, мы получили доступ к биомедицинской и генетической информации из Национального центра биотехнологической информации (NCBI). Мы проанализировали эти данные с помощью искусственного интеллекта».

Выводы из исследования помогут улучшить лечение жертв укусов змей и обеспечить прогресс в разработке лекарств. Понимание токсинов может помочь, например, в разработке новых методов лечения диабета 2 типа или гипертонии, или более эффективных обезболивающих препаратов.