Почему ядовитые лягушки не травятся сами

Небольшие, яркие и мягкие ядовитые лягушки хранят одни из самых мощных нейротоксинов. Новое исследование в журнале Science приближает нас к разгадке: как эти лягушки избегают самоотравления? Ответ имеет значение для борьбы с болью и зависимостью.

Исследование под руководством учёных Техасского университета в Остине даёт ответ для подгруппы лягушек, использующих токсин эпибатидин. Этот токсин связывается с рецепторами нервной системы, вызывая гипертонию, судороги и смерть. Учёные обнаружили, что небольшая генетическая мутация у лягушек — изменение всего трёх из 2500 аминокислот, составляющих рецептор, — предотвращает действие токсина на их собственные рецепторы. Более того, точно такая же мутация независимо возникла трижды в эволюции этих лягушек.

«Наше исследование показывает, что серьёзное ограничение — способность организмов эволюционировать для устойчивости к собственным токсинам. Мы обнаружили, что эволюция наткнулась на это одно и то же изменение у трёх разных групп лягушек», — говорит соавтор работы Ребекка Тарвин.

Эпибатидин десятилетиями известен как потенциальное мощное ненаркотическое обезболивающее. Новое исследование, показывающее, как лягушки эволюционно заблокировали токсин, сохранив функцию рецепторов, даёт учёным информацию, которая может помочь в разработке новых анальгетиков или средств от никотиновой зависимости.

«Каждая частица информации о том, как эти рецепторы взаимодействуют с препаратами, приближает нас к созданию более эффективных лекарств», — отмечает соавтор Сесилия Боргезе.

Изменение «замка»

Рецептор, который изучали учёные, участвует в процессах обучения и памяти. Токсичный эпибатидин действует на него как «универсальный ключ», вызывая опасную активность. У ядовитых лягушек обнаружилась мутация, препятствующая связыванию токсина с рецепторами («блокировка скелетного ключа»). При этом вторая мутация позволила сохранить связывание с естественным сигнальным веществом («родным ключом»). «Замок» стал более избирательным.

Борьба с болезнями

Изменения, обеспечивающие устойчивость лягушек, происходят в частях рецептора, которые близки, но даже не контактируют напрямую с эпибатидином.

«Самое удивительное — как эти аминокислоты могут так точно изменить функцию рецептора. Естественное соединение продолжает работать как обычно, а рецептор стал устойчив к эпибатидину», — говорит Боргезе.

Понимание этих тонких изменений может быть использовано при разработке лекарств, действующих на данный рецептор. Поскольку тот же рецептор у человека вовлечён в процессы боли и никотиновой зависимости, это исследование может указать новые пути создания соответствующих препаратов.

Ретроспектива эволюции

Учёные собрали образцы тканей 28 видов лягушек (использующих эпибатидин, другие токсины и неядовитых). Была проведена секвенирование гена, кодирующего целевой рецептор, и построено эволюционное дерево, показывающее, как ген изменялся.

Это уже второе открытие данной командой механизма защиты лягушек от самоотравления. В 2016 году они выявили мутации, защищающие другую подгруппу лягушек от нейротоксина батрахотоксина. Недавнее исследование учёных из Университета штата Нью-Йорк в Олбани подтвердило, что одна из предложенных мутаций действительно обеспечивает такую защиту.