Биологи разобрались, почему эквадорские лягушки не страдают от собственного яда

Биологи из Техасского университета в Остине выяснили, почему ядовитые лягушки рода Epipedobates, содержащие один из самых опасных среди известных в живой природе нейротоксинов, не отравляют сами себя. Оказалось, что в этом им помогают мутации — замена всего трех аминокислот. С научной статьей можно ознакомиться в журнале Science.

Маленькие земноводные из Эквадора — почти единственные в мире существа, содержащие нейротоксин эпибатидин, названный в их честь. Это вещество связывается с ацетилхолиновыми рецепторами в клетках нервной системы их врагов, крупных позвоночных, вызывая у них судороги, резкое повышение давления и смерть. Так лягушки защищаются от хищников. Второй обладатель этого яда неизвестен (предполагается, что это какое-то членистоногое), он также живет в лесах Эквадора.

Полная блокировка ацетилхолинового рецептора должна не только спасти от действия нейротоксина, но и помешать нормальной работе нервной системы самого хозяина, процессам обучения и запоминания. Чтобы понять, как земноводные сумели обойти эту проблему, биологи изучили ген рецептора, который связывается с эпибатидином, у 28 видов эквадорских лягушек этого рода. Некоторые из лягушек в этой выборке используют этот токсин, некоторые имеют другие типы ядов, а часть и вовсе не может похвастаться такой защитой.

Ученые установили, что замена всего трех аминокислот (маленьких «строительных кирпичиков» белка) из двух с половиной тысяч, составляющих рецептор, делает лягушек нечувствительными к эпибатидину. Кроме того, те три аминокислоты даже не касаются ядовитой молекулы, когда она связывается с рецептором, хотя подходят к ней близко. Мутации шли в два шага: сначала появлялся «блок» на восприятие яда, а потом — поддержка функции своего собственного ацетилхолина.

Но если ядовитость так выгодна, почему каждый вид животных не выработал свой собственный яд? «Наша работа показывает, что есть большое эволюционное ограничение для возникновения устойчивости к собственным токсинам, — отвечает на этот вопрос первый соавтор исследования Ребекка Тарвин. — Мы обнаружили, что эволюция наткнулась на то же самое изменение в трех разных видах лягушек независимо, и мне кажется, это довольно красивый механизм».

Ребекка относится к большой группе исследователей в Техасском университете, изучающей разные виды токсинов ядовитых лягушек и механизмы устойчивости к ним. Эта на первый взгляд не очень прикладная область на самом деле имеет большие медицинские перспективы: эпибатидин может работать как мощное болеутоляющее, не вызывающее привыкания. Другое возможное применение — лечение никотиновой зависимости, поскольку тип рецепторов в ней замешан тот же самый. Остается только понять, как изменить структуру токсина, чтобы избавиться от серьезных побочных эффектов.