Смертельный яд этой конусовидной улитки может стать ключом к лучшим обезболивающим препаратам

Выявление нужных химических веществ в токсинах конусной улитки может привести к терапевтическому эффекту.

Отредактировано 2023-15-06
маленькая морская конусообразная улитка с коричневой пятнистой раковиной вытягивает хоботок который вводит яд в рыбуГлубоководная конусообразная улитка Conus neocostatus ловит рыбу, используя свой мощный яд, который может содержать полезные химические соединения для обезболивающих препаратов.

Конусообразные улитки могут показаться непритязательными, если не сказать красивыми в своих разноцветных раковинах, но эти беспозвоночные, обитающие на дне океана, являются обычными морскими убийцами. Когда рыба проплывает рядом, хищник, который может вырасти до 9 дюймов в длину, медленно вытягивает свой хоботок, похожий на язык. В мгновение ока хищник вонзает гарпун в рыбу и накачивает ее парализующим ядом.

"В общем, вы не хотите, чтобы вас ужалила конусная улитка", - говорит Ирис Беа Рамиро, исследователь биомолекул из Университета Копенгагена.

Ядовитые жала некоторых конусовидных улиток опасны - а иногда даже смертельны - для человека. Но оказалось, что этот химический коктейль можно превратить в болеутоляющее средство. В работе, опубликованной сегодня в журнале Science Advances, Рамиро и группа ученых выявили уникальный пептид из малоизученной глубоководной конусообразной улитки, который обладает способностью снимать боль. Это соединение обещает стать в будущем терапевтическим средством, или анальгетиком, для пациентов с раком, эндокринными заболеваниями, сильными и хроническими болями.

Химия, стоящая за ядом

Не все морские улитки имеют ядовитые железы, но конусообразные улитки специально содержат мощную, сильнодействующую смесь. При введении яд вводит жертву в состояние эксайтотоксического шока, обездвиживая ее в считанные секунды. Затем улитка широко раскрывает рот, чтобы поглотить жертву целиком, обеспечивая медленную и мучительную смерть.

"Когда я впервые посмотрел видео с их нападением, я подумал: "Что за черт?", - говорит Рамиро. "Рыба кажется такой же большой, или даже больше, чем улитка".

Яд этих беспозвоночных давно известен как токсичный, но ряд новых исследований показал, что он может обладать удивительными лечебными свойствами.

"Долгое время большинство людей считало, что яды улиток-убийц состоят в основном из нейротоксинов. Это не совсем точная оценка", - говорит Манде Холфорд, доцент химии и биохимии в Хантер-колледже и научный сотрудник Американского музея естественной истории. Известно более 1000 видов конусовидных улиток, но только около 2 процентов из них подверглись тщательному анализу их образ жизни и яд, добавляет она.

Хотя она не принимала участия в работе над статьей в журнале Science Advances, Холфорд говорит, что она и другие эксперты по конусовидным улиткам в ходе предыдущих исследований выяснили, что в яде содержится "кластерная бомба химических молекул", помимо нейротоксинов. Эти молекулы, которые в основном включают белки и более короткие цепочки аминокислот, называемые пептидами, способны поражать конкретные цели в физиологической системе животного или человека, блокируя определенные функции, такие как движение и зрение. Некоторые из них могут также блокировать болевые сигналы от определенных рецепторов, что делает их основными кандидатами на терапевтические препараты. Но в яде конусной улитки может содержаться до 200 различных пептидов, поэтому задача состоит в определении конкретных химических веществ и того, как они помогают уменьшить боль.

Стратегии охоты конусной улитки

"Каждый вид имеет свой профиль яда, поэтому потенциально у вас есть библиотека из тысяч и тысяч соединений, которые ждут своего открытия", - говорит Рамиро. "Это вопрос поиска чего-то интересного".

По словам Рамиро, изучение различных видов охотничьих стратегий конусовидных улиток и того, как добыча реагирует на яд, может стать полезной отправной точкой для поиска новых химических веществ. Когда она впервые узнала о конусных улитках, будучи студенткой, она поняла, что многие виды обитают в тропических водах вблизи острова, где она выросла, на Филиппинах. "Мы видим мелководных конусообразных улиток на некоторых рынках и используем их в пищу, например, в супах, вместе с другими брюхоногими моллюсками", - говорит Рамиро. (Местные жители варят животных перед употреблением, что, вероятно, разрушает ядовитые компоненты). Раковины также ценятся среди коллекционеров". Для исследования она работала с местным филиппинским рыбаком, который помог команде поймать образцы вида Conus neocostatus. Эти конусовидные улитки из отряда Asprella ранее не были предметом пристального изучения, поскольку они живут на глубине до 820 футов в океане, что затрудняет их извлечение и сохранение жизни в лаборатории.

Женщина-ученый сидит на спине рыбацкой лодкиПервый автор, Айрис Би Рамиро, во время сбора конусных улиток на Филиппинах.

Наиболее распространенным способом ловли рыбы конусовидными улитками является стратегия "шокер и привязь", когда хищник наносит удар, обездвиживает цель ядом и тут же проглатывает ее за считанные секунды. Второй способ - это охота с помощью сети, которая наблюдалась у нескольких видов. Хищник выпускает в воду невидимое облако яда, как мина-ловушка; когда рыба проплывает через него, она дезориентируется, и ее легче поймать.

С другой стороны, конусные улитки Asprella используют стратегию, которую Рамиро и другие исследователи не видели раньше. "Ужаленная рыба выглядит нормальной и плавает", - говорит она. "Через час или около того она вдруг становится вялой". Когда рыба падает обратно на дно океана, для улитки наступает время ужина, говорит она.

Команда Рамиро назвала эту стратегию "засада и оценка". В отличие от быстродействующих токсинов других мелководных конусообразных улиток, замедленный паралич от соединений глубоководного Conus neocostatus намекал на то, что в организме могут происходить и другие интересные химические реакции. Для дальнейшего доказательства Рамиро и ее коллеги извлекли яд близкого родственника, Conus rolani, и проанализировали его молекулярный состав. Они смогли идентифицировать особый пептид под названием Consomatin Ro1, который имеет схожую структуру и свойства, имитирующие соматостатин, гормон, обнаруженный у людей и других позвоночных, который подавляет рост клеток и других частей тела.

Команда Рамиро назвала эту стратегию "засада и оценка". В отличие от быстродействующих токсинов других мелководных конусообразных улиток, замедленный паралич от соединений глубоководного Conus neocostatus намекал на то, что в организме могут происходить и другие интересные химические реакции. Для дальнейшего доказательства Рамиро и ее коллеги извлекли яд близкого родственника, Conus rolani, и проанализировали его молекулярный состав. Они смогли идентифицировать особый пептид под названием Consomatin Ro1, который имеет схожую структуру и свойства, имитирующие соматостатин, гормон, обнаруженный у людей и других позвоночных, который подавляет рост клеток и других частей тела.

Команда Рамиро назвала эту стратегию "засада и оценка". В отличие от быстродействующих токсинов других мелководных конусообразных улиток, замедленный паралич от соединений глубоководного Conus neocostatus намекал на то, что в организме могут происходить и другие интересные химические реакции. Для дальнейшего доказательства Рамиро и ее коллеги извлекли яд близкого родственника, Conus rolani, и проанализировали его молекулярный состав. Они смогли идентифицировать особый пептид под названием Consomatin Ro1, который имеет схожую структуру и свойства, имитирующие соматостатин, гормон, обнаруженный у людей и других позвоночных, который подавляет рост клеток и других частей тела.

"Когда это коктейль из ядов, он может быть токсичным", - объясняет Рамиро. "Но как только мы отделяем компоненты и смотрим только на один, мы видим, что он действует и может облегчить боль".

Результаты работы команды "подтверждают гипотезу о том, что нет двух одинаковых ядовитых арсеналов, даже в пределах одного вида", - говорит Холфорд. Она отмечает, что хотя последовательность других выявленных пептидов еще нуждается в дальнейшем подтверждении с помощью полного анализа белков, биоактивность соединения консоматина является многообещающей находкой для будущих фармацевтических препаратов.

В настоящее время в клинических испытаниях находится несколько препаратов, созданных на основе яда конусной улитки, а один уже представлен на рынке. Рецептурное лекарство Prialt основано на соединении, найденном в яде Conus magus. Приалт был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами в 2004 году в качестве неопиоидной альтернативы морфину. Однако метод доставки препарата требует инвазивной спинальной инъекции; в настоящее время лаборатория Холфорда работает над созданием более совершенной системы циркуляции пептидов конусной улитки в организме человека.

"До создания [лучшего] лекарства еще далеко, но, как и в случае со всеми аналогами, полученными из яда, мы знаем, что они работают", - говорит Холфорд. "Эти относительно небольшие беспозвоночные могут производить химический коктейль из биологически активных молекул, который не может сравниться ни с одной лабораторией в любой точке мира. Нам нужно защищать их биоразнообразие, если мы хотим раскрыть их химические секреты".

Рамиро согласен с тем, что еще многое предстоит узнать о естественных путях получения лекарств.

"Конусовидные улитки уже оптимизировали [молекулы], которые являются стабильными", - говорит она. "Мы можем многому у них научиться, не только для биомедицинского применения, но и наблюдая, как они используют яд в своей среде".