Яд пауков и многоножек произошел от инсулиноподобного гормона

Яд пауков-воронок содержит мощные нейротоксины, мгновенно парализующие добычу (обычно насекомых). Однако миллионы лет назад этот сильный яд был всего лишь гормоном, помогавшим предкам этих пауков регулировать метаболизм сахара, подобно инсулину у человека. Удивительно, но «превращение в оружие» этого гормона — описанное 11 июня в журнале Structure — произошло как у паукообразных, так и у многоножек, но разными путями.

Исследователи из Университета Квинсленда (Австралия) и колледжа Льюиса и Кларка (Портленд, Орегон) обнаружили эту связь, изучая сходства между белками яда и другими молекулами. Они выяснили, что, хотя токсины и гормон имеют разные генетические последовательности, их молекулярная форма схожа.

«Если взять последовательность паучьего токсина и сделать поиск BLAST, гормон настолько отличается, что вы его не найдете, — говорит старший автор исследования Гленн Кинг. — Но когда мы провели структурный поиск, и он выявил гормон, это нас действительно удивило — последовательность не показала, откуда эволюционировали токсины, но структура сделала это довольно четко».

Знание происхождения токсина полезно для разработки новых фармацевтических препаратов и биоинсектицидов. Молекулы яда чрезвычайно сложны (некоторые состоят из более чем 3000 пептидов), поэтому, как только структура известна, исследователи, такие как Кинг, могут легче «эволюционировать» токсин, внося изменения в его последовательность для добавления или удаления функций. Результаты таких экспериментов уже привели к созданию лекарств от давления, анальгетиков и биоинсектицидов — все они имеют органическую основу и естественным образом разлагаются.

Группа Кинга обнаружила, что яд многоножек имеет более тонкие модификации гормона, делающие его более стабильным и, следовательно, лучшим шаблоном для инженерии. Он сотрудничает с биоинженером Дженнифер Кокран из Стэнфордского университета для проведения экспериментов по in vitro эволюции с токсинами пауков и многоножек. Цель — убрать их токсичность и найти возможности использовать их для решения сельскохозяйственных или медицинских проблем.

Остается вопрос, как белок организма эволюционировал в оружие. Кинг предполагает, что гормон мог быть «рекрутирован» в яд древнего членистоногого, чтобы вызывать неблагоприятные эффекты у жертвы. «Если гормон делает что-то плохое для добычи, вы можете рекрутировать его в яд и производить его в больших количествах, — говорит он. — Это отправная точка, и затем он может эволюционировать, чтобы стать более мощным».

В примере конвергентной эволюции нейротоксины многоножек и пауков использовали разные стратегии, чтобы превратить гормон в мощный нейротоксин. У обоих членистоногих также есть несколько версий молекул яда — признак того, что они были достаточно успешными, чтобы в ходе эволюции к ним добавлялись новые функции.