Смертоносные укусы змей ежегодно уносят десятки тысяч жизней, и, казалось бы, способность нейтрализовать яд следует искать не у человека, а у самих пресмыкающихся. Согласно данным, оказавшимся в распоряжении редакции новостного сайта, группа специалистов из Университета Мэриленда предложила использовать эволюционную «броню» гремучих змей — особые белки в их крови, которые не дают токсинам нанести организму смертельный вред. Лабораторные испытания продемонстрировали, что собранные из таких белков композиции действуют примерно в 10 раз эффективнее традиционных противоядий от укуса гремучей змеи.
В основе работы, опубликованной в научном журнале Труды Национальной академии наук, лежат результаты многолетних изысканий заслуженного профессора биологии Шона Б. Кэрролла, который также занимает должность председателя в Фонде Эндрю и Мэри Бало, Николаса и Сьюзен Саймон. Ученый обратил внимание на давно известный парадокс: ядовитые змеи, как правило, невосприимчивы к собственному токсину. Хотя об этом было известно специалистам на протяжении многих лет, молекулярное объяснение удалось получить лишь недавно.
Прорывным стало исследование 2022 года, в ходе которого лаборатория Кэрролла обнаружила в плазме крови западной гремучей змеи белок FETUA-3. Этот белок продемонстрировал способность связывать и подавлять активность металлопротеиназ — токсичных ферментов, составляющих основу яда данного вида. Позже выяснилось, что FETUA-3 взаимодействует и с компонентами ядов других гремучих змей, что сделало его крайне интересной мишенью для дальнейших экспериментов.
По словам ученого, это открытие стало ответом на давний вопрос: змеям незачем полагаться на чужеродные антитела, если собственный организм выработал естественные ингибиторы яда. «Зачем применять коровьи антитела, когда природа уже встроила в змею эффективное противоядие?» — задается вопросом Кэрролл.
Традиционные сыворотки: почему они не всегда спасают
Масштаб угрозы сложно переоценить. Змеиные укусы классифицируются как одно из наиболее запущенных тропических заболеваний: по информации Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире от них умирают от 80 000 до 140 000 человек. Еще сотни тысяч выживших получают стойкие нарушения здоровья. Особенно тяжелая ситуация наблюдается в удаленной сельской местности, где своевременно получить лечение практически невозможно.
Современные противоядия, спасающие жизни, тем не менее имеют существенные недостатки. Их производят путем иммунизации крупных животных с последующим выделением антител. Подобная технология отличается высокой себестоимостью, а эффективность полученных препаратов варьируется от партии к партии. Кроме того, из-за видовых отличий в составе яда сыворотки, предназначенные для одного типа змей, часто оказываются бесполезны при укусах других. Не стоит забывать и о риске тяжелых иммунных реакций, сопровождающих введение чужеродных антител.
Поиск более универсальных и безопасных средств и привел Кэрролла и его коллег к мысли о том, что природа уже создала идеальное противоядие. В новом цикле экспериментов, проведенных совместно с Эльдой Санчес, директором исследовательского центра токсинов при Техасском университете A&M в Кингсвилле, была поставлена задача выяснить, какой именно вклад вносит каждый белок семейства FETUA в устойчивость змеи к яду. Оказалось, что функции этих белков различны: один способен уменьшать токсическое воздействие, другой влияет на ферментативную активность отравляющих веществ. Однако ни один из них в одиночку не обеспечивает полной защиты от смертельной дозы яда.
Результаты радикально изменились, когда исследователи начали соединять белки в комплексы. Многокомпонентные смеси ингибиторов оказались значительно более действенными, нежели каждый компонент по отдельности. Наилучшая из испытанных комбинаций в лаборатории нейтрализовала яд примерно в 10 раз эффективнее стандартной противоядной сыворотки от гремучей змеи. При этом, поскольку яд представляет собой сложную смесь, включающую до 100 различных токсических белков, перед учеными стоит задача подобрать составы, способные надежно действовать сразу против многих видов ядовитых змей. Как подчеркивает Кэрролл, необходимые компоненты уже найдены, осталось лишь продолжать тестирование различных сочетаний, чтобы найти оптимальные.
еи овечьего происхождения. Смеси полностью нейтрализовали летальное действие яда гремучей змеи, а также проявились явления защиты со стороны яда нескольких видов гадюков, включая виды, разделенные миллионами лет цивилизации.
«Тот факт, что эти части ингибиторов прекрасно сохранились на протяжении 50 миллионов лет цивилизации змей, говорит о том, что действительно реальный риск для этих животных», — сказал он. Кэрролл сказал, отметив, что то, как змеи отравляют себя, оставаясь через ткань рта во время укуса, поедая контактную мощность, посредством каннибализма или всегоперечисленного, не совсем понятно.
На пути к новому поколению противоядий
Настоящее исследование, посвященное металлопротеиназам, является одним из важных членов семейства ядовитых токсинов. Сейчас исследователи используют тот же эффект для воздействия на другие традиционные токсины.
«Мы очень близки к эффективным решениям для трех основных семейств токсинов гадюк», — сказал он. — сказал Кэрролл. «То, что мы узнали здесь, вместе с исследованиями, которые мы проводим сейчас, дает нам реальную уверенность в том, что природные рекомбинантные [произведенные в лаборатории] противоядия действуют в пределах досягаемости».
Кэрролл ожидает, что первые коммерческие применения «природного противоядия» могут быть в ветеринарной медицине, лечение змеиных укусов человека возможно появится позже.
Это будущие противоядия, которые защищают от более обширных ядов, а также будут более безопасными, менее дорогими и простыми в производстве в больших масштабах, чем многие нынешние методы лечения.
«Мы могли бы сделать вагоны, достойный этот материал и помочь решить серьезную глобальную проблему здравоохранения», — говорит он. — сказал Кэрролл. «Многие из наших самых важных лекарств созданы природой. Я рад, что в этих змеях с самого начала наблюдаются компоненты противоядия, превосходящие по коммерческому качеству».
Помимо Кэрролла, соавторами UMD были приглашены специалисты факультета биологии Фиона Уккен и Йетунде Айнуола.
Исследование финансировалось Медицинским институтом Говарда Хьюза и Ресурсным центром Viper (грант № P40OD01960-22). В этой статье не обязательно упоминать взгляды этих организаций.