Нейротоксины в быту что

Нейротоксин

Мощные нейротоксины, такие как батрахотоксин, воздействуют на нервную систему деполяризацией нервов и мышечных волокон, увеличивая проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия.

Многие яды и токсины, используемые организмами для защиты от позвоночных, являются нейротоксинами. Наиболее частый эффект — паралич, наступающий очень быстро. Некоторыми животными нейротоксины используются при охоте, так как парализованная жертва становится удобной добычей.

Содержание

Источники нейротоксинов

Внешние

Нейротоксины, поступившие из внешней среды, относятся к экзогенным. Могут представлять собой газы (например, монооксид углерода, БОВ), металлы (ртуть [3] и др.), жидкости и твердые вещества.

Действие экзогенных нейротоксинов после проникновения в организм сильно зависит от их дозы.

Внутренние

Классификация и примеры

Ингибиторы каналов

Нервно-паралитические ОВ

Нейротоксичные препараты

См. также

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Нейротоксин» в других словарях:

нейротоксин — нейротоксин … Орфографический словарь-справочник

нейротоксин — сущ., кол во синонимов: 5 • зонгорин (2) • сакситоксин (4) • тетродотоксин (4) … Словарь синонимов

нейротоксин — Токсин, вызывающий нервные симптомы, действующий на нервные клетки [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN neurotoxi … Справочник технического переводчика

нейротоксин — rus нейротоксин (м) eng neurotoxic substance fra substance (f) neurotoxique deu Nervengift (n) spa sustancia (f) neurotóxica, neurotoxina (f) … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

нейротоксин — общее название ядовитых веществ биологического происхождения, обладающих избирательным действием на нервную систему … Большой медицинский словарь

Ботулинический нейротоксин типа A-гемагглютинин комплекс — (Clostridium botulinum toxine type A hemagglutine complex) Химическое соединение … Википедия

Нейротоксины — Нейротоксин токсин, специфически действующий на нервные клетки, обычно взаимодействуя с ионными каналами и протеинами мембраны. Многие яды и токсины, используемые организмами для защиты от позвоночных, являются нейротоксинами. Наиболее частый… … Википедия

Нейротоксичный яд — Нейротоксин токсин, специфически действующий на нервные клетки, обычно взаимодействуя с ионными каналами и протеинами мембраны. Многие яды и токсины, используемые организмами для защиты от позвоночных, являются нейротоксинами. Наиболее частый… … Википедия

ЦИАНИСТАЯ КИСЛОТА — Нейротоксин, который разрушает тела нейронов, но оставляет неповрежденными аксоны … Толковый словарь по психологии

Микотоксины — Рост плесневого гриба на поверхности жидкости Микотоксины (от греч … Википедия

Источник

Кураре, цианид и «Новичок»: какие бывают яды и как они действуют на организм

Андрей Смирнов СПИД.ЦЕНТР

Яды веками используются в охоте, медицине и, конечно, спецслужбами для устранения неугодных. События последней недели — отравление (как заявили в клинике «Шаритэ») политика Алексея Навального — снова вызвали повышенный интерес к токсикологии. СПИД.ЦЕНТР рассказывает, какие бывают яды, как они действуют на организм, какие существуют антидоты и как следы ядов ищут в организме.

Когда опасная доза измеряется миллиграммами, вещество считают ядовитым, а если для появления неприятных последствий необходимо принять гораздо больше, соответственно, не ядовитым. Отравиться можно и обычной поваренной солью, если съесть ее несколько сотен граммов. Более того, отравиться можно даже водой! Но для этого придется выпить около семи литров — не самая простая задача.

Острые и хронические отравления

Природные и искусственные яды

Чаще всего для оценки опасности вещества используют полулетальную дозу (ЛД₅₀ или LD₅₀). Это средняя доза, которая вызывает гибель половины членов испытуемой группы. Ее определяют экспериментально на лабораторных животных (крысах или мышах) и выражают в миллиграммах на килограмм веса животного (мг/кг). Нескольким группам животных вводят разные дозы тестируемого вещества, а затем подсчитывают, сколько погибло в каждой из групп: где умерла половина, там и получается LD₅₀.

Индейцы, кора и семена

Свойство ботулотоксина вызывать длительный стойкий паралич мышц используется в медицине. С его помощью разглаживают мимические морщины (тот самый ботокс) и лечат различные состояния, связанные со спастичностью мышц. Для этого очень маленькие количества ботулотоксина вводят в определенные мышцы, вызывая их паралич. Он проходит через шесть-двенадцать месяцев, и тогда требуется новая доза ботулотоксина.

Символ всех ядов

Пожалуй, самое известное ядовитое вещество, ставшее символом всех ядов, — цианистый калий, он же цианид калия, или просто цианид. На фоне предыдущих примеров его ядовитость выглядит куда скромнее: LD₅₀ у цианистого калия — аж 1,7 мг/кг. Но, уступая многим органическим ядам, он все же остается очень опасным веществом. По химической природе это соль синильной кислоты, а ядовитость вещества как раз обусловлена цианид-ионом. Для человека опасны любые соли синильной кислоты, как и она сама. Последнюю раньше использовали в США для казни преступников в газовой камере. Так как температура кипения у синильной кислоты +25 градусов, она очень легко переходит в газообразное состояние и проникает в организм через легкие.

В качестве антидота используют тиосульфат натрия, который превращает токсичный цианид-ион в более безопасный роданид-ион. Также можно использовать метиленовую синь и нитрат натрия — они вызывают образование в крови метгемоглобина, который связывает цианид.

Дихлофос и «Новичок»

Еще одна большая группа ядовитых веществ — фосфорорганические соединения (ФОС). К ним относится и сравнительно безобидный для человека дихлофос, и крайне опасные боевые отравляющие вещества: табун, зарин, зоман, VX. Печально известный «Новичок» также, предположительно, относится к этому классу соединений, но точной информации о нем очень мало. Большинство ФОС — летучие маслянистые жидкости без запаха или с приятным запахом, хотя у некоторых он резкий. Они легко проникают через легкие и через кожу, всасываются со слизистых оболочек и через желудочно-кишечный тракт.

У всех ФОС общий механизм токсического действия — они блокируют работу фермента холинэстеразы. Этот фермент находится в синапсах и позволяет в нужное время «выключать» передачу нервного импульса, влияя на один из нейромедиаторов — ацетилхолин. Если работа ацетилхолинэстеразы заблокирована, нервные волокна становятся похожи на замкнувшую электропроводку: по ним постоянно бежит «ток» — нервный импульс. Из-за чего появляются судороги, спазмы гладких мышц, зрачки сужаются и перестают реагировать на свет. Начинается обильное слюнотечение, человек сильно потеет, замедляется работа сердца и падает артериальное давление, может быть рвота, непроизвольные дефекация и мочеиспускание. Нарушается работа центральной нервной системы — от головной боли и головокружения до коматозного состояния. Смерь обычно наступает или от удушья из-за спазма гладких мышц бронхов, или от остановки сердца.

Антидотом при отравлении ФОС является атропин. Это вещество блокирует передачу «избыточных» нервных импульсов. Также в первые часы после отравления можно использовать дипироксим и изонитрозин, которые восстанавливают работу ацетилхолинэстеразы.

С боевыми ФОС связано несколько громких отравлений. В 1995 году члены секты Аум Синрике (организация признана террористической в России и запрещена) распылили зарин в Токийском метро. В результате двенадцать человек погибли, более пяти тысяч отравились. С помощью VX в 2017 году был убит Ким Чон Нам, брат правителя КНДР Ким Чен Ына. Ему на лицо набросили платок, пропитанный VX. Несмотря на то, что контакт с платком длился несколько секунд, этого оказалось достаточно для смертельного отравления. В 2018 году с применением «Новичка» было совершено покушение на бывшего офицера ГРУ Сергея Скрипаля и его дочь Юлию.

Какие бывают токсины и как их ищут в организме?

У токсичных веществ нет какого-то одного общего «центра ядовитости», все они сильно различаются по строению, и у них совершенно разные механизмы действия. Поэтому токсины чаще всего классифицируют по основным органам и системам, работу которых они нарушают: нейротоксины, кардиотоксины, нефротоксины (действуют на почки), гепатотоксины (поражают печень) и так далее. Если вещество поражает сразу много органов и систем, его относят к веществам общетоксического действия.

Один из самых мощных методов — хромасс (хромато-масс-спектрометрия). Когда компоненты сложной смеси сначала разделяются в хроматографической колонке, а затем каждый компонент попадает в масс-спектрометр. В приборе отдельные молекулы вещества ионизируются — разрываются на составные части, имеющие заряд. Затем эти части разделяются в магнитном поле и регистрируются детектором. В итоге мы получаем информацию об «осколках» молекул всех веществ, которые были в изначальной смеси и по этим «осколкам» можем определить исходные вещества.

Некоторые яды, особенно при длительном поступлении в организм, могут откладываться в волосах, ногтях и костях (например, мышьяк, кадмий или свинец). В этом случае установить отравление можно многие месяцы спустя. Иногда даже через столетия после смерти жертвы — при исследовании останков.

Однако большинство органических ядов довольно быстро выводятся из организма — от нескольких часов до нескольких дней. Если пробу взять позже, обнаружить уже ничего не удастся. Тогда предположить, чем было вызвано отравление, можно, только опираясь на какие-то характерные симптомы, но они бывают далеко не всегда.

Источник

Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов

Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов

Потенциал-чувствительный натриевый канал имеет форму диафрагмы фотоаппарата, где пóровая часть одного домена канала взаимодействует с потенциал-чувствительной частью другого домена. α-Нейротоксины, по-видимому, отражают это строение в своей модульной архитектуре.

Авторы

Редакторы

Биологическая эволюция — общая форма существования живой материи. При детальном рассмотрении оказывается, что виды почти никогда не эволюционируют поодиночке: обычно в этом принимают участие их экологические партнеры, и изменение происходит в парах паразит—хозяин или хищник—жертва. Более того, коэволюцию часто можно проследить на молекулярном уровне, когда один вид совершенствует систему нападения, а второй вслед за ним — систему защиты (и наоборот). Параллель с холодной войной здесь настолько очевидна, что соответствующий феномен даже получил название эволюционной «гонки вооружений». Примером наиболее эффективных и элегантных систем нападения служат животные яды, содержащие в своем составе нейротоксины — вещества, воздействующие на нервную систему и мышцы жертвы.

Несмотря на детальную проработку теории эволюции профессионалами и многочисленные примеры, вошедшие в учебники и популярную литературу [1], воплощение эволюционного процесса зачастую настолько причудливо, что исследование изменений в живых организмах может быть интересно далеко не только ученым-теоретикам. Известно, что у эволюции нет воли и цели: живые организмы меняются, чтобы оставить максимальное потомство, а не чтобы достигнуть абстрактного совершенства [2]. Так, эволюционно прогрессивным признаком считается то, что позволяет лучше приспособиться к окружающим условиям в данный момент, а не красота или сложность устройства сами по себе.

Например, антарктическая ледяная рыба утратила гены гемоглобина из-за того, что условия ее обитания — нулевая или даже отрицательная (!) температура воды, растворимость кислорода в которой достаточно высокая, чтобы обеспечивать ткани этим газом просто за счет диффузии и усиления кровотока. Можно сказать, что в этом случае рыба «экономит» на гемоглобине [3]. Другие рыбы, которые живут в пещерах и никогда не выплывают на белый свет или обитают на очень больших глубинах, почти всегда за ненадобностью теряют зрение. Степень упрощения паразитических организмов вообще поражает воображение, причем в случае бактерий это приводит к кардинальному упрощению всего генетического аппарата: например, геном микоплазмы содержит всего около 500 генов, а у облигатного внутриклеточного симбионта Candidatus Carsonella ruddii и вовсе около 180 генов [4]. И всё перечисленное — прогрессивные признаки, поскольку они позволили упомянутым организмам максимально адаптироваться к обстановке, в которой они обитают. Более известный (и более «благородный») пример — эволюция человека, где развитие пошло по пути усложнения нервной системы и способности к коммуникации, а также к становлению богатой культуры, современное состояние которой мы имеем удовольствие ежедневно наблюдать вокруг. Одновременно возросла роль полового отбора и образования семей [5], — и все это тоже проделки эволюции [6].

В нашей статье речь пойдет об особой разновидности эволюционного процесса, которую можно назвать «гонкой вооружений» и в которой участвуют две стороны: нападающая и обороняющаяся (или «догоняющая» и «убегающая»). Чрезвычайно любопытно наблюдать «гонку» на молекулярном уровне. Поскольку изменение одной стороны согласовано с изменением второй, то и гонку вооружений иногда можно довольно подробно проследить по «молекулярной летописи» процессов, происходящих внутри живых организмов.

Уроки холодной войны

Вторая половина XX века, кроме замечательных открытий в молекулярной биологии, была ознаменована холодной войной — глобальной конфронтацией между социалистическим и капиталистическим строями. Это противостояние породило эффект гонки вооружений — процесс борьбы за военное превосходство с положительной обратной связью, вызвавший гипертрофию военно-промышленных комплексов СССР и США.

Похожий эффект наблюдается и в процессе коэволюции двух видов, связанных друг с другом в системе «хищник—жертва» или «паразит—хозяин»: изменение одного из видов неизбежно влечет изменение второго для сохранения паритета или получения превосходства. Хорошо известный пример эволюционной гонки вооружений — газель и гепард, каждому из которых приходится бегать из поколения в поколение все быстрее и быстрее, чтобы одному ускользнуть из пасти, а другому — остаться сытому.

Эволюционная гонка вооружений, или принцип Черной королевы

Подчеркивая параллель с холодной войной, биологи ввели понятие эволюционной гонки вооружений (англ. evolutionary arms race), приписывая этому процессу роль важнейшей движущей силы эволюции [7]. Более строго это понятие сформулировано в форме «принципа Черной Королевы», утверждающего, что в коэволюционных отношениях каждому из видов приходится «бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте» (эта цитата из «Алисы в Зазеркалье» удачно передает суть принципа). Прямое экспериментальное подтверждение принципа Черной королевы получено на микроскопических рачках дафниях и их паразитических бактериях: «воскресив» из донного ила несколько поколений тех и других, биологи показали, что самые опасные для дафний паразиты — современные им, тогда как «прошлые» и «будущие» популяции бактерий заражали рачков с меньшей эффективностью [8].

Око за око, ген за ген

Хорошим примером эволюционной гонки вооружений являются растения с их паразитами. Во многих случаях наблюдается строгое соответствие системы устойчивости растения системе вирулентности его паразита. Более того, это соответствие сводится всего лишь к двум генам: гену растения, позволяющему противостоять заражению (гену резистентности, R) и гену паразита, необходимому для инфекции (гену авирулентности, Avr). Такие межвидовые отношения получили название «ген за ген» (англ. gene-for-gene) [9]. Растения, содержащие ген R, оказываются устойчивыми по отношению к паразитам с соответствующим геном Avr. Как правило, гены резистентности растений кодируют белки-рецепторы, регистрирующие появление паразита. Теперь паразит стремится изменить свой Avr-ген так, чтобы ускользнуть от узнавания рецептором растения. И наоборот, растение изменяет свой R-ген, чтобы по-прежнему детектировать заражение.

Вариация фаз

Одно из наиболее прогрессивных эволюционных приобретений высших позвоночных — развитая иммунная система, основанная на принципе комбинаторики и позволяющая противостоять практически любому чужеродному организму [10], [11]. Однако бактерии и вирусы на сдаются, им тоже есть что предъявить из своего арсенала. Хорошо известный пример — постоянно мутирующий вирус гриппа, к которому необходимо получать всё новые и новые вакцины [12]. Другой, не менее поразительный, пример — явление «смены фаз» у бактерий, заключающееся в случайном изменении фенотипа с высокой частотой, намного превышающей частоту обычных мутаций. Так, сальмонеллы используют этот прием для замены белка флагеллина, из которого построены бактериальные жгутики и который служит сигналом для запуска иммунологических реакций. Только у хозяина разовьется иммунный ответ, как сальмонелла меняет тип флагеллина и ускользает [13]!

Ядовитый арсенал

Пожалуй, самым эффективным средством как нападения, так и защиты служат яды, которые в процессе эволюции научились вырабатывать разнообразнейшие животные: многие кишечнополостные, членистоногие, моллюски, хордовые и другие (рис. 1). Присутствующие в ядах молекулы называют токсинами, а в том частном (но распространенном) случае, когда мишенью их действия служит нервная система и/или мышцы, — нейротоксинами.

Рисунок 1. Разнообразие ядовитых животных. На филогенетическом дереве многоклеточных отмечены типы животных, среди представителей которых встречаются ядовитые. Вокруг дерева расположены фотографии ядовитых животных (сверху — позвоночных, слева — членистоногих, слева внизу — иглокожих, справа вверху — моллюсков, справа внизу — губок, кишечнополостных и некоторых червей).

Состав яда животных различен: если, допустим, в яде пчелы присутствуют всего два основных компонента — мембраноактивный пептид мелиттин и гидролизующий липиды фермент фосфолипаза A2, — то в яде пауков, скорпионов, морских анемон и конусов, а также змей содержатся десятки, а иногда сотни или даже тысячи компонентов различной химической природы. Наблюдаемое в ядах разнообразие компонентов одного структурного типа сегодня принято описывать термином «эволюционно отредактированная комбинаторная библиотека» [14]. Эти молекулы обладают различной эффективностью и специфичностью в отношении разных рецепторов, а результирующая смесь токсинов эффективна в отношении широкого круга мишеней.

Эволюционное преимущество богатого арсенала — способность «следовать» за жертвой: если мишень действия основного компонента яда начнет ускользать (например, рецептор мутирует), в яде с большой вероятностью обнаружится слабо представленный, но более активный по отношению к новой форме рецептора токсин, и теперь уже ему суждено будет стать основой «вооружения» у будущих поколений ядовитых хищников.

«Всенепременнейше захватите телеграф!»

Каждый ПЧНК состоит из очень длинной полипептидной цепи (около двух тысяч остатков аминокислот), которая представлена четырьмя похожими повторами (рис. 2). При этом в пространстве канал составлен из пяти частей (или доменов). В образовании единственного порового домена (ПД) участвуют все повторы полипептидной цепи; в его центре формируется селективная для ионов Na + пора. Четыре — по одному от каждого повтора — потенциал-чувствительных домена (ПЧД) расположены вокруг центрального ПД [16]. Функция ПЧД — реагировать на изменение мембранного потенциала и передавать команду на открытие поры.

Рисунок 3. Некоторые природные нейротоксины, воздействующие на ПЧНК. Изображена модель пространственной организации канала; показан центральный ПД и два ПЧД (II и IV). Представлены фотографии ядовитых животных, служащих источником «классических» нейротоксинов. Тетродотоксин из рыбы фугу блокирует пору ПЧНК, связываясь с внеклеточной стороны. Батрахотоксин из кожи колумбийской лягушки проникает через мембрану и встраивается внутрь поры канала, вызывая его активацию. α-Токсины скорпионов связываются с ПЧД-IV и подавляют процесс естественной инактивации каналов. β-Токсины скорпионов связываются с ПЧД-II и активируют ПЧНК.

Но не все токсины блокируют канал: есть и такие, которые его активируют, то есть увеличивают время, когда канал находится в открытом состоянии. Примером таких молекул является батрахотоксин, содержащийся в секрете кожных желез некоторых Южноамериканских лягушек-листолазов. Распространенные инсектициды пиретроиды также относятся к активаторам ПЧНК.

α- и β-токсины из яда скорпионов представляют собой небольшие белки (

60—70 аминокислотных остатков), в структуре которых присутствует β-лист из трех тяжей и короткая α-спираль, скрепленные четырьмя дисульфидными связями (рис. 4). Хотя и те, и другие токсины, по сути, активируют канал, делают они это по-разному. α-Токсины мешают каналу закрыться, а β-токсины — помогают ему открыться. Соответственно и места взаимодействия с ПЧНК у этих токсинов разные: те и другие связываются с ПЧД, но для α-токсинов это ПЧД-IV, а для β-токсинов — ПЧД-II.

Рисунок 4. Модульная структура α-токсинов скорпионов. Эти токсины — небольшие белки, составленные из β-листа и α-спирали, скрепленных дисульфидными связями. Такая жесткая и эволюционно консервативная структура образует «сердцевину» молекулы, а две петли и C-конец образуют динамически подвижный «модуль специфичности» (показан пунктирным овалом), отличающийся у млеко- (слева) и инсектотоксинов (справа). Рисунок показывает результаты анализа характерных внутренних движений по данным молекулярной динамики. Цветной спектр конформаций изображает динамическую подвижность каждой из молекул.

Остановимся теперь подробнее на α-токсинах и их «взаимоотношениях» с ПЧНК. Дело в том, что в яде скорпионов присутствуют молекулы, обладающие токсическим действием по отношению к насекомым или млекопитающим (назовем соответствующие α-токсины инсектотоксинами и млекотоксинами). И те, и другие связываются с ПЧД-IV, но только у разных каналов. У насекомых это свой канал, называемый Para [18], а у млекопитающих есть целых девять разновидностей каналов, обозначаемых Na_v1.1—1.9 [19]. Разные ПЧНК млекопитающих выполняют разные функции. Например, Na_v1.2 характерен для центральной нервной системы, Na_v1.4 — для скелетной мускулатуры, Na_v1.5 — для сердца [20]. А дальше в ход идет упомянутая «комбинаторная библиотека» яда скорпионов, в которой может найтись молекула, активная по отношению к выбранной мишени. Если это происходит, «владелец» такого яда получает эволюционное преимущество по сравнению с другими, и та часть его генома, которая отвечает за состав ядовитой библиотеки, широко распространяется в будущих поколениях скорпионов.

Присутствующие в яде скорпионов нейротоксины отличаются разнообразием: некоторые из них могут быть направлены исключительно на каналы насекомых (инсектотоксины), тогда как другие действуют на каналы млекопитающих (млекотоксины). Есть также молекулы, действующие сразу и на те, и на другие ПЧНК. Что лежит в основе молекулярной эволюции этих токсинов, позволяющей им угнаться сразу за множеством ускользающих мишеней? Попробуем ответить на этот вопрос.

Компьютерный анализ выявляет «молекулярную гонку вооружений»

В Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН было проведено исследование, направленное на выявление особенностей млеко- и инсектотоксинов из яда скорпионов, определяющих их селективное взаимодействие с соответствующими ПЧНК. Работа состояла из двух частей:

Компьютерное моделирование было основано на методе молекулярной динамики (МД) [21]. Установлено, что молекулы α-токсинов, несмотря на свой небольшой размер и жесткую структуру, состоят из двух динамических модулей. Анализ характерных движений показал, что один из этих модулей достаточно «жесткий», а другой конформационно «пластичный». Более того, движения «пластичного» модуля различаются у млеко- и инсектотоксинов (рис. 4).

Идентифицированные с помощью МД части молекул получили название «сердцевины» и «модуля специфичности». Сердцевина α-токсинов оказывается эволюционно консервативным (очень сходно устроенным у инсекто- и млекотоксинов), а модуль специфичности — вариабельным, соответствующим конкретной мишени действия. Сердцевина, таким образом, отвечает за распознавание ПЧНК «вообще», а быстро изменяющийся в эволюции модуль специфичности позволяет токсину «настраиваться» на конкретный тип канала.

Было также обнаружено, что модуль специфичности млекотоксинов существенно более гидрофильный, чем у инсектотоксинов. Эта особенность, предположительно, отражает структурные детерминанты, позволяющие токсинам селективно распознавать свои мишени. Что интересно, анализ свойств ПЧНК показал ту же тенденцию для внеклеточной части S5—S6 повтора I: у каналов млекопитающих эти области более гидрофильны, а у каналов насекомых — гидрофобны. Сопоставление результатов анализа с накопленными биохимическими данными позволило предложить любопытный характер связывания α-токсинов с ПЧНК. Сердцевинный модуль, по-видимому, взаимодействует с ПЧД-IV, в то время как модуль специфичности связывается с петлей S5—S6 повтора I. Интересно, что данные области в структуре ПЧНК сближены, что также было показано в независимых экспериментах. Идея соответствия модульной организации токсинов доменной структуре каналов имеет интересный эволюционный смысл, позволяющий нам разглядеть гонку вооружений в противостоянии ядовитых животных и их жертв. Модульная структура предположительно позволяет токсинам гибко адаптироваться к изменяющейся мишени.

Компьютерный анализ может быть использован для предсказания активности токсинов с неизученными свойствами. В частности, для токсина M9 из яда Среднеазиатского скорпиона Mesobuthus eupeus, ставшего первым α-нейротоксином из скорпионьего яда, для которого была установлена пространственная структура (кстати, это тоже было сделано в ИБХ [22]), была предсказана активность в отношении каналов как млекопитающих, так и насекомых. Биоинженерный синтез и тестирование активности этого токсина на рекомбинантных ПЧНК подтвердили высказанное предположение. Результаты представленной работы были опубликованы в журнале Journal of Biological Chemistry [23]. Эволюционное обособление модулей α-токсинов, похоже, вызвано требованиями гонки вооружений — необходимостью оперативно адаптироваться вслед за изменяющимися условиями среды: появлением новых мишеней и изменением старых. Вряд ли этот подход является универсальным, но в данном случае он позволил с новой стороны взглянуть на взаимосвязь структура—функция для биологически активных пептидов.

Биоинженерия и нейробиология

Исследования молекулярных основ эволюционной гонки вооружений имеет не только фундаментальное значение. Например, заново созданные «дизайнерские» молекулы — аналоги нейротоксинов с заданной исследователями активностью — являются идеальными инструментами исследования нервной системы. Такие молекулы позволили бы прицельно регулировать работу ионных каналов и модифицировать нервный ответ желаемым образом.

Придание нейротоксинам желаемой селективности и видоспецифичности позволит, например, создать инсектицид нового поколения. Биоинженерно изготовленный или даже внедренный в геном растений инсектотоксин позволит эффективно бороться с насекомыми-вредителями. А можно представить себе возможность создания идеально селективного инсектотоксина, действующего на вредителей и не токсичного для полезных насекомых (например, пчел).

Наконец, идеально селективные нейротоксины — уже не яды, а точно настраиваемые нейрорегуляторы — нашли бы применение в молекулярной медицине для лечения заболеваний, связанных с дисфункцией ионных каналов и называемых каналопатиями. Среди них — различные неврологические и психические расстройства, а также к патологии скелетной и сердечной мускулатуры [24].

Статья поддержана грантом РФФИ д_с-13-04-11520 и первоначально опубликована в «Науке и жизни» [25]. См. также видеозапись «ядовитого» семинара, организованного Советом молодых ученых ИБХ РАН осенью 2013 года.

Видео 1. Доклад А.А. Василевского «Что-то. про паучков», сделанный на «ядовитом» семинаре Совета молодых ученых ИБХ РАН осенью 2013 года. В этом докладе также рассказывается о непростых взаимоотношениях нейротоксинов с их молекулярными мишенями.

Источник