Клетки-стрекатели морских анемон могут вдохновить новые системы доставки лекарств

Многостадийный генетический процесс формирования стрекательных клеток у морских анемон может стать основой для нового способа доставки лекарств в организм человека.

Доктор Картик Сунагар из Центра экологических наук Индийского института науки в Бангалоре исследует происхождение систем доставки яда. Он отмечает, что хотя наука начинает понимать, какие гены кодируют производство смертельных токсинов, мало что известно о том, как ядовитые существа эволюционировали арсенал для введения яда в жертву.

Более 600 миллионов лет назад древние виды, такие как медузы, кораллы и морские анемоны (стрекающие, или книдарии), развили биомеханический метод отравления добычи. Их клетки запирают яд в молекулярных капсулах и запускают его в цель с ускорением в 40 000G, что делает этот процесс одним из самых быстрых биомеханических явлений в природе.

Доктор Сунагар генетически модифицирует морских анемон для производства флуоресцентных стрекательных клеток. Это позволяет отслеживать любые белки, участвующие в доставке яда, и даёт беспрецедентное понимание того, как формируются и функционируют эти клетки.

В ходе двухлетнего исследования, поддержанного ЕС, доктор Сунагар обнаружил, что стволовые клетки анемон следуют указаниям определённых наборов генов, чтобы специализироваться в стрекательные клетки.

«Когда клетки молодые, они экспрессируют определённые наборы генов, важных для развития капсулы с ядом и синтеза токсинов, — сказал доктор Сунагар. — Однако, как только стрекательные клетки полностью формируют капсулу, синтез токсинов и структурных белков уменьшается».

Эти знания в будущем могут позволить манипулировать стрекательными клетками как чистыми и эффективными микросистемами доставки лекарств.

Применения

Учёные также исследуют, можно ли использовать свойства самого яда для лечения заболеваний, включая желудочно-кишечные расстройства, рак и хроническую боль.

«Яд — один из самых сложных коктейлей в природе, — говорит доктор Сунагар. — Такого уровня сложности вы не увидите ни в одном другом физиологическом белке».

Токсины, выделяемые анемонами, улитками и другими ядовитыми существами, эволюционировали миллионы лет, чтобы парализовать добычу и отпугивать хищников. Они обладают высокой избирательностью, эффективно связываясь с определёнными клеточными рецепторами, что может приводить к меньшим побочным эффектам в лекарствах на основе яда.

Доктор Маркус Муттенхалер из Венского университета исследует, как химические соединения в ядах могут помочь клеткам восстановить повреждённую слизистую кишечника. Он отмечает, что каждый десятый житель Запада страдает от хронических желудочно-кишечных расстройств.

При поддержке Европейского исследовательского совета ЕС он изучает, как нацелиться на рецепторы, участвующие в заживлении ран кишечника. Если удастся создать препараты, активирующие эти рецепторы, они смогут помочь в защите или восстановлении тканей.

По словам доктора Муттенхалера, один вид ядовитых существ (например, морские улитки, пауки или скорпионы) может продуцировать до 1 000 уникальных биологически активных соединений в своём яде.

Омиксные технологии

Исследования яда ускорились за последнее десятилетие благодаря подходу, известному как омикс (omics), который изучает, как биологические молекулы определённого типа функционируют вместе как коллективная система.

«За последние 10 лет омиксные технологии полностью революционизировали исследования яда», — сказала доктор Мария Виттория Модика из Университета Монпелье.

Такие технологии, как транскриптомика и протеомика, которые обрабатывают огромные объёмы данных, позволяют исследователям каталогизировать все молекулы, производимые в клетке, и помогают расшифровать роль каждого биологического соединения.

Доктор Модика запустила проект VIPS, финансируемый ЕС, для анализа ядов, производимых двумя морскими беспозвоночными организмами, и оценки их потенциала для применения.

К концу своего исследовательского проекта в 2019 году доктор Модика ожидает идентификации молекул, участвующих во взаимоотношениях хищник-жертва у улиток и кораллов, что откроет потенциально полезные биологически активные соединения, ещё неизвестные науке.

«Яды — многообещающий источник активных ингредиентов, потому что природа оптимизировала их с древнейших времён, — говорит доктор Модика. — Они являются результатом химической гонки вооружений между хищником и жертвой».