Jak węże bronią się przed własnym jadem

Jad węża może zadać poważny cios. Zawiera neurotoksyny (chemikalia atakujące nerwy), które mogą zabić małe ssaki w ciągu kilku minut – w tym inne węże. Jednak niektóre gatunki węży przeżywają ukąszenia, które są śmiertelne dla innych, nawet od własnego gatunku.

Badanie przeprowadzone przez naukowców z University of Queensland w Australii ujawnia, że ​​zjawisko to wynika ze zmian genetycznych w receptorach komórek nerwowych. Te mutacje genetyczne pozwalają niektórym gatunkom, takim jak pytony birmańskie, wąż majola i wąż sztyletowy, odpychać określoną neurotoksynę znajdującą się w jadzie węża.

Profesor Bryan Fry i doktorant Richard Harris zidentyfikowali dokładną mutację i wyjaśnili jej ochronne właściwości. Odkryli, że zmiany na tym poziomie genetycznym oznaczają, że komórki receptorów mają taki sam ładunek elektryczny jak jad. W rezultacie, gdy jad próbuje zaatakować komórki, jest odpychany, podobnie jak przy próbie połączenia dwóch dodatnich końców magnesu.

Pojedyncza mutacja genu pozwala wrażliwym wężom rozwinąć odporność na te konkretne toksyny, zwane alfa-neurotoksynami. W rzeczywistości zespół zaobserwował również tę mutację u węży-drapieżników, tworząc „autoodporność”, aby chronić je przed własnym śmiercionośnym jadem.

Węże, takie jak kobry i bungarusy, które polują na inne węże, wyewoluowały swój jad w taki sposób, że alfa-neurotoksyny mają dodatnio naładowane miejsca na powierzchni (aktywne obszary na powierzchni cząsteczki). Takie miejsca umożliwiają jadowi wiązanie się z określonymi nerwami docelowymi z ujemnie naładowanymi receptorami, podobnie jak łączenie ze sobą przeciwnych stron magnesów. Jest to atrakcyjna interakcja, która poprzez związanie jadu paraliżuje zdobycz węży.

Jednak niektóre podstępne węże, takie jak pyton birmański, od tego czasu wyewoluowały mutacje genetyczne, aby uniknąć tego rodzaju interakcji. Zmieniły aminokwas swojego docelowego receptora z ujemnego na dodatni. W rezultacie interakcja z alfa-neurotoksynami staje się odpychająca, powstrzymując jad zamiast wiązania.

„To pomysłowa mutacja genetyczna, której dotychczas całkowicie brakowało. Masz dwa dodatnie ładunki zbliżające się do siebie, to tak, jakbyś trzymał magnesy po tej samej stronie,” powiedział Fry.

„Więc przeszukaliśmy sekwencje i rzeczywiście, ten sam odpychający efekt wystąpił u innych gatunków. A to wszystko wynikało z faktu, że mieliśmy tę niesamowitą technologię”.

Odkrycie było możliwe dzięki opracowaniu sztucznych nerwów, zarówno z tymi mutacjami genetycznymi, jak i bez nich, w celu obserwacji ich interakcji z jadem. Zespół wykorzystuje najnowocześniejsze bioczujniki, które mogą mierzyć prawie wszystkie interakcje między cząsteczkami. W ten sposób zaobserwowali „efekt synergistyczny”, w którym oporność została zwiększona przez odwrócenie ładunku dwóch miejsc jednocześnie. Zmniejsza to podatność na alfa-neurotoksynę, tworząc silniejszą odpychającą interakcję ładunku.

„To była jedna rzecz, której się nie spodziewaliśmy – ten efekt synergii był sporym zaskoczeniem, patrząc na dane. Ale ma to sens, po prostu pociąga ładunki, aby wzmocnić opór. Dopiero co do tego doszliśmy, więc jest to zdecydowanie obszar do dalszych testów”- powiedział Harris.

Jakkolwiek wzmocniona jest ta odporność, jad drapieżnika prawdopodobnie ponownie się przystosuje. Receptory nerwowe mają wiele miejsc interakcji, a zatem wiele potencjalnych miejsc wiązania toksyn. Harris mówi, że przygląda się również innym neurotoksynom, które wydają się wiązać z inną częścią receptora, tym samym znajdując sposób na obejście tego konkretnego typu oporności.

„Każda korzyść wiąże się z obarczeniem – wadą sprawności, która wyjaśnia, dlaczego nie u każdego gatunku występuje taka odporność. Jeśli nie są narażeni na skrajne ryzyko, ta mutacja genetyczna może bardziej zaszkodzić niż pomóc”- dodał Fry.

Od dalszych badań synergicznych interakcji po odkrywanie zupełnie nowych neurotoksyn, Fry mówi, że dzięki technologii biosensorów badania zespołu są tak naprawdę ograniczone tylko przez ich wyobraźnię.

Źródło: Frankie Macpherson

Electrostatic resistance to alpha-neurotoxins conferred by charge reversal mutations in nicotinic acetylcholine receptors

Zdjęcie: Unsplash

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x