Формирование активной части нейротоксинов

Исследователи из Университета Бен-Гуриона (Израиль) установили, что «рабочая» или активная часть токсина у змей, пауков и других ядовитых существ — это область на поверхности белка, которая с наибольшей вероятностью подвергается быстрой эволюции в ответ на давление среды. Понимание этих эволюционных сил может помочь предсказать, какая часть неизученных токсинов наносит ущерб, а также помочь в создании новых синтетических белков с заданными фармацевтическими свойствами. Результаты представлены на 56-й ежегодной встрече Биофизического общества (25–29 февраля, Сан-Диего, Калифорния).

Эволюционное давление и «гонка вооружений»

Учёные давно предполагали, что эволюционное давление, поощряющее разнообразие, может влиять на механизм действия токсинов. Это позволило бы токсинам быстро эволюционировать внутри одного вида или быстро меняться от вида к виду, поддерживая «гонку вооружений» между хищником и жертвой. Однако оставалось неясным, действуют ли одинаковые правила эволюции нейротоксинов у животных из разных типов (с минимальным генетическим сходством).

Анализ генетических последовательностей

Используя опубликованные генетические последовательности десятков различных токсинов из видов ядовитых скорпионов, пауков и змей, исследователи изучили токсины, нацеленные на различные ионные каналы и рецепторы. Анализ проводился на уровне отдельных кодонов — участков генетической последовательности, кодирующих одну аминокислоту. Это позволило строить гипотезы об эволюционных путях отдельных «строительных блоков» белков.

Ключевые результаты

• Во всех изученных видах и среди всех семейств токсинов обнаружена чёткая корреляция между активными частями токсинов и участками, которые эволюционируют наиболее быстро.
• Неактивные поверхности молекул, которые обычно обеспечивают структурную стабильность токсина, испытывают противоположный тип эволюционного давления, предотвращающего их значительные изменения от поколения к поколению. Это логично с точки зрения приспособленности, поскольку мутации, меняющие структуру токсина, с большей вероятностью нарушат его эффективность.

«Нам было приятно увидеть, насколько хорошо данные соответствуют нашей первоначальной гипотезе и насколько широко распространено это явление», — говорит Ноам Зильберберг, микробиолог из Университета Бен-Гуриона и ведущий автор исследования. — «Наш подход должен помочь в обнаружении новых сайтов взаимодействия между ещё не изученными токсинами и их мишенями».

Работа подтверждает так называемую гипотезу Чёрной Королевы, согласно которой постоянные изменения необходимы организмам для поддержания приспособленности в конкурентной среде. Следующим шагом команды станет уточнение результатов путём расширения набора данных для включения большего количества токсинов.