Улитки-конусы веками вдохновляли людей. Прибрежные общины часто обменивали свои красивые раковины на деньги и вкладывали их в украшения. Многие художники, в том числе Рембрандт, изображали их в эскизах и картинах. Теперь ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST) также находят этих смертоносных хищников вдохновляющими, поскольку они ищут новые способы лечения старых медицинских проблем, используя ядовитых улиток в качестве моделей.
«Это тот же самый яд, которым убивали динозавров в «Парке Юрского периода», - посмеиваясь, говорит биохимик Национального института стандартов и технологий США Фрэнк Мари (Frank Mari). «Это пугающая штука, но в реальной жизни эту силу можно использовать для другого блага».
Как и все ученые NIST, Мари измеряет вещи. В частности, он измеряет активность РНК и связанных с ней белков внутри морских животных. По мере того, как с годами технологии совершенствовались, он и его команда стали лучше изучать, анализировать и каталогизировать молекулы, действующие в некоторых из менее известных океанских существ, включая улиток-конусов. В этом году его лаборатория сделала несколько важных открытий об их яде, открытий, которые в конечном итоге могут привести к разработке новых лекарств от трудноизлечимых заболеваний. Подражая тому, как эти маленькие, тихие существа выпускают яд, ученые могут лучше доставлять лекарства.
В любой день Мари можно увидеть прогуливающимся вверх и вниз по рядам булькающих аквариумов в Морской лаборатории Холлингса в Чарльстоне, Южная Каролина, проверяющим 60 отдельных улиток-конусов, которые жили в его лаборатории на протяжении долгого времени. последние 15 лет. Раз в неделю он и его сотрудники проводят с ними своего рода деликатные переговоры, обменивая мертвую рыбу на дозу яда, которую собирают в пробирку и хранят для использования в текущих научных измерениях и исследованиях.
"Улитки-конусы такие необычные", - говорит Мари. «Они на самом деле не похожи ни на одно другое существо на Земле, и работать с ними почти как с инопланетянами. Но это также весело. Система конусных улиток для таких, как я, как кондитерская».
Более 800 видов конусных улиток были обнаружены по всему миру, в основном в более теплых тропических районах. Это замкнутые, безликие существа и не агрессивны, но будут жалить, защищаясь, когда их подбирает невольный коллекционер раковин. Самые маленькие конусные улитки жалят примерно так же сильно, как укус пчелы, но укус более крупных видов может убить взрослого человека за считанные часы. Считается, что самой смертоносной улиткой-конусом является «сигаретная улитка» Индо-Тихоокеанского региона, улитка длиной примерно с большой палец человека, которая может доставить токсин настолько сильный, что у вас будет время только докурить одну сигарету, прежде чем вы умрете от нее. атака.
Хотя его коллекция включает в себя несколько видов, особое внимание Мари уделяет пурпурной улитке-конусу (Conus purpurascens). Это существо в основном встречается в прибрежных водах восточной части Тихого океана от Калифорнийского залива до Перу и у берегов Галапагосских островов, медленно двигаясь по каменистому дну, где оно вырастает до нескольких дюймов в длину. Как и все улитки из рода Conus, эти ночные животные обычны, но часто остаются незамеченными случайными посетителями пляжа.
Несмотря на свою медлительность, эти улитки эволюционировали, чтобы искусно охотиться на гораздо более быстрых животных в темноте, стреляя одним похожим на гарпун зубом в других улиток, рыб и червей. После инъекции жертва мгновенно становится парализованной и не может убежать. Затем улитка медленно втягивает неподвижную пищу в свою раковину, чтобы переварить ее целиком. Каждый зуб выбрасывается после использования и сразу же заменяется другим. Некоторые улитки-конусы путешествуют с 20 или около того такими зубами, встроенными в их системы, загруженными и готовыми выстрелить, когда следующий прием пищи случится приплыть.
В своем естественном состоянии яд конусной улитки, очевидно, не является отличным лекарством от болезней человека. Но, распаковывая его по крупицам и измеряя каждый компонент на молекулярном уровне, Мари и его команда стремятся понять и каталогизировать, как каждый аспект этого яда выполняет свою работу.
"Мы многое о них только узнаем", - говорит Мари.
Почему, например, яд конусной улитки так быстро проникает в нервную систему другого животного? И как он так эффективно парализует жертву? Еще больше озадачивает то, что некоторые отдельные улитки с фиолетовыми конусами вообще не токсичны, что, по мнению Мари, может быть связано со стадиями развития улиток.
Ответы на все эти вопросы о конусных улитках могут быть использованы для создания новых лекарств, которые быстрее и эффективнее проникают в организм пациента, таких как новые типы инсулина для лечения диабета или более эффективные методы лечения диабета. неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера. Некоторые считают, что исследования ядов могут предоставить новые системы доставки лекарств, которые будут направлены на сдерживание быстро распространяющихся форм рака. Другие хотят использовать ингредиенты яда для лечения зависимости. Один из компонентов яда конусной улитки даже использовался в кремах против морщин, которые сейчас доступны на рынке, которые заставляют силу воспаления работать под кожей, раздувая складки и тонкие линии на человеческом лице.
В статье, только что опубликованной в Scientific Reports, Мари и его команда использовали токсины конусных улиток в качестве молекулярных зондов для выявления важного совпадения между иммунной и центральной нервной системами у людей. Их работа впервые продемонстрировала, что классический токсин, обычно связанный с центральной нервной системой, также может оказывать влияние на иммунную систему, в результате чего некоторые клетки поступают особым образом после того, как определенные виды пептидов конусной улитки, известные как конотоксины., войти в тело. Новая информация может помочь в разработке методов лечения рака желудка, молочной железы и легких, а также в борьбе с туберкулезом, поскольку все эти заболевания вызывают перепроизводство некоторых клеток. Вместо того, чтобы использовать токсин в качестве реального лекарства, работа должна была предоставить дорожную карту для лучшего понимания (и, возможно, контроля) роста нежелательных клеток.
Для другого исследования, недавно опубликованного в Journal of Proteomics; и его команда работала над выделением и характеристикой фермента в яде конусной улитки под названием Conohyal-P1. Они использовали масс-спектрометр сверхвысокого разрешения, один из самых мощных инструментов для идентификации и подсчета белков в образце. Аналогичный фермент содержится как в яде крылатки, так и в пчелином яде. Удивительно, но он также обнаружен во многих видах спермы млекопитающих, где он помогает ослабить клеточные стенки яичников и облегчить проникновение сперматозоидов и успешное размножение.
«Мы знали, что этот фермент способен разрушать внеклеточную ткань», - говорит Мари, имея в виду самые наружные мембраны клеток. «Теперь мы смогли тщательно оценить активность фермента, чтобы каждый мог использовать его в будущей работе. Кроме того, мы определили новый подтип, который раньше не был известен».
В третьей статье, недавно опубликованной в журнале Neuropharmacology, Мари и его команда оценили токсины в яде конусной улитки, протестировав их на центральной нервной системе плодовых мушек. Хотя плодовая мушка во многом сильно отличается от человека, ее центральная нервная система может служить отличной моделью для самых разных медицинских исследований, поскольку базовая структура клеток мозга плодовой мушки аналогична структуре клеток человеческого мозга. Итак, если клетка мозга плодовой мушки реагирует одним образом, ученые знают, что человеческая клетка тоже будет реагировать.
Команда Мари специально хотела узнать, как конотоксины взаимодействуют с различными молекулярными мишенями в нервной системе их жертв. Яд пурпурной конусной улитки содержит большое количество этих белковых строительных блоков, более 2000 из них.
«Яд невероятно сложен, - говорит Мари. «Мы хотели ответить на вопрос: какие части можно использовать в качестве лекарства?»
В этом случае они обнаружили, что реакция мух на инъекции яда конусной улитки в первую очередь происходила в рецепторах, которые управляют мышечными движениями и зависимостью. Такие детали могут быть полезны при разработке новых лекарств от болезни Паркинсона, которая часто поражает костно-мышечную систему, нарушая способность пациента контролировать основные движения тела. Это также может помочь в разработке эффективных методов лечения никотиновой зависимости.
«Узор на раковине конусообразной улитки очень красивый», - говорит Мари.«Но я думаю, что биология и биохимия еще прекраснее, и, исследуя все различные аспекты яда, мы можем открыть множество новых возможностей для медицинского применения. Наконец-то мы можем взломать код».