Исследование генов токсинов очковой кобры с помощью транскриптомики ядовитых желез

Исследователи из Университета Малайи изучили транскриптомы ядовитых желез очковой кобры (Naja kaouthia) из Малайзии и Таиланда. Их работа выявила множество новых биологически активных молекул и дала ответ на давнюю загадку географической изменчивости яда этой важной азиатской кобры.

Яд очковой кобры, медицински значимой змеи Юго-Восточной Азии, демонстрирует географическую изменчивость. Яды популяций из разных регионов различаются по составу, токсическому эффекту, вызываемому клиническому синдрому и даже реакции на антидот. Чтобы проверить, вызвано ли это явление различиями в генах, ответственных за выработку яда, исследователи изучили токсикогены через анализ ядовитых желез.

Для этого использовалась технология секвенирования нового поколения (NGS). Были обнаружены уникальные паттерны экспрессии генов, кодирующих токсины, с чрезвычайно высокой избыточностью у всех особей. Это отражает роль дупликации генов и неофункционализации как одного из эволюционных механизмов, превращающих ядовитую железу в «склад биологического оружия», адаптированного для добычи пищи, пищеварения и защиты.

Было выявлено более 20 семейств генов токсинов у обеих географических выборок, из которых по меньшей мере 15 относятся к классам новых биомолекул, ранее не описанных у этого вида.

«Это означает, что ядовитая железа этой уникальной азиатской кобры содержит целый арсенал особых молекул для открытия лекарств — ферменты, блокаторы каналов, активаторы рецепторов, индукторы апоптоза клеток и многое другое, прокладывая путь к разработке новых анальгетиков, противораковых средств, модуляторов роста нервов, антибиотиков, противовирусных препаратов и так далее. Это как неисследованный "сундук с сокровищами" для прогресса в области здоровья и медицины».

Сравнительный молекулярный анализ и исследование отбора показали, что гены токсинов яда генетически хорошо консервативны между географическими образцами, но демонстрируют различные паттерны дифференциальной экспрессии.

«Например, транскриптом тайской кобры насыщен длинными нейротоксинами, а у малайзийского образца их содержание гораздо ниже. В целом, именно переменное содержание длинных и коротких нейротоксинов объясняет высокую изменчивость яда этой кобры».

Авторы предполагают, что вариабельная экспрессия основных токсинов связана с усилением экспрессии (up-regulation) выбранных главных токсинов, усиленной деградацией транскриптов или отсутствием транскрипции определенных признаков, как в случае псевдогенизации. Эти результаты проливают свет на географическую изменчивость яда очковой кобры и подтверждают необходимость оптимизации производства антидотов и лечения укусов в регионе.