По оценкам, ядовитые змеи ежегодно становятся причиной 120 000 смертей и 400 000 травм, приводящих к инвалидности, во всем мире, причем только в Соединенных Штатах насчитывается около 8 000 случаев укуса змеи.

Чтобы уменьшить и смягчить тяжесть укусов ядовитых змей, группа биологов Мэрилендского университета начала исследование генома западной бриллиантовой гремучей змеи (Crotalus atrox) - вида, в геноме которого закодировано больше токсинов яда, чем у любой другой известной гремучей змеи. Команда обнаружила единственный белок, называемый FETUA-3, который ингибирует широкий спектр токсинов яда гремучей змеи.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, имеют важное значение для разработки усовершенствованных средств от укусов змей.

"Хорошее средство от укуса змеи должно быть способно противодействовать ядам не только одного вида змей", - сказал старший автор исследования Шон Кэрролл, заслуженный университетский профессор биологии UMD и вице-президент по научному образованию Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI).

"FETUA-3 ингибирует огромное количество токсинов - более 20, которые мы обнаружили, и даже связывается с токсинами ядов нескольких других гремучих змей, которых мы тестировали, и ингибирует их. Нам еще предстоит узнать, насколько широко может применяться FETUA-3 или потребуются дополнительные доработки, но знание того, что один белок может нейтрализовать целый класс токсинов, еще больше приближает исследователей к созданию лучшего противоядия".
Загадка естественной истории

По словам Кэрролла, исследование команды началось с простой, но интригующей загадки, которая долгое время ускользала от исследователей: как и почему ядовитые змеи устойчивы к собственному яду?

"Это похоже на постоянную трехстороннюю гонку биологических вооружений, где каждая сторона постоянно внедряет инновации, чтобы победить другую", - объяснил Кэрролл, который также является заведующим кафедрой Эндрю и Мэри Бало и Николаса и Сьюзен Саймон в UMD.

"Чтобы выжить после укуса ядовитой змеи, жертва должна выработать устойчивость к яду. Если жертва становится немного устойчивой, то змеям приходится приспосабливаться, используя более совершенный яд. Но змеи также смогли защитить себя от собственного эволюционирующего яда во время гонки вооружений против добычи - нашей целью было выяснить, как именно".

Яд большинства змей содержит целый арсенал опасных токсинов, способствующих параличу, убийству и перевариванию добычи. Одним из основных компонентов яда гремучей змеи является класс молекул под названием металлопротеиназы, которые препятствуют образованию тромбов, разрушают ткани и в конечном итоге вызывают кровотечение. Чтобы защититься от этих токсинов, и змеи, и их жертвы полагаются на специальные белки, закодированные в их геномах, которые препятствуют разрушительному действию яда.

Исследователи изучили семейство из пяти белков, которые обычно связывают с устойчивостью к ядам. Неожиданно оказалось, что только один член семейства белков обладает большей частью противодействующей яду активности - FETUA-3, связывающий почти все токсины, содержащиеся в яде западной бриллиантовой спины. Он также связывался с токсинами ядов нескольких других гремучих змей и подавлял их.

Проследив эволюционное происхождение FETUA-3, исследователи с удивлением обнаружили, что, хотя FETUA-3 присутствует у ближайших азиатских и южноамериканских родственников западной бриллиантовой гремучей змеи, за их защиту от токсинов яда отвечает другой белок из того же семейства.

Другими словами, гремучие змеи выработали свою устойчивость в результате двух отдельных генетических событий. Это открытие позволяет предположить, что где-то в эволюционном периоде вида произошел серьезный эволюционный сдвиг, в результате которого семейство ингибиторов расширилось и диверсифицировалось в роду Crotalus.

Благодаря этим новым знаниям команда получила представление о том, как экологические ситуации стимулируют инновации и "гонку вооружений" у таких животных, как гремучие змеи и их жертвы. Они надеются, что их результаты помогут исследователям узнать больше о том, как FETUA-3 и другие эволюционирующие белки, блокирующие токсины, могут послужить ингредиентами для более эффективного лечения змеиных укусов.

"Многие современные методы лечения, использующие устаревшие технологии и противоядия, имеют недостатки, включая изменение или отсутствие потенции, примеси, вызывающие побочные эффекты, и несогласованность производства", - говорит ведущий автор исследования Фиона Уккен, приглашенный специалист факультета биологии UMD и HHMI. "Но улучшив понимание молекулярной основы ингибирования яда, мы сможем помочь создать новые и более эффективные терапевтические методы лечения".