Змеи из одной популяции оказались в 3,6 раза токсичнее друг друга
Американские биологи обнаружили, что токсичность змеиного яда может различаться в 3,6 раз у особей из одной и той же популяции, сообщается в Biology Letters. Возможно, это связано с физиологическими или генетическими особенностями, либо яд действует неодинаково на разные виды добычи.
Просяной карликовый гремучник (Sistrurus miliarius) является эндемиком юго-востока США. Эти змеи обитают в смешанных лесах и на равнинах, а также вблизи озер и болот, и питаются ящерицами, мелкими млекопитающими и птицами, другими змеями и даже охотятся на многоножек. Часто гремучники занимают норы мелких грызунов или сухопутных черепах. Несмотря на небольшие размеры (в среднем 40-60 сантиметров), некоторые карликовые гремучники очень агрессивны и сразу нападают на противника, другие отличаются более флегматичным нравом. Эти змеи вырабатывают цитотоксичный яд, который может вызвать некроз тканей. Карликовые гремучники не способны вырабатывать много яда за один раз, и, по-видимому, он не представляет смертельной опасности для взрослого человека, однако укушенных змеей детей приходится госпитализировать.
Известно, что у змей одного вида из разных популяций состав яда может различаться и обладать разной силой. По мнению исследователей, так змеи приспосабливаются к разной добыче. Биологи Сара Смайли-Уолтерс (Sarah A. Smiley-Walters) и Лисл Гиббс (H.Lisle Gibbs) из Университета штата Огайо вместе с Теренсом Фареллом (Terence M. Farrell) из Стетсонского университета решили выяснить, различается ли состав и сила яда у змей из одной популяции. Для этого они исследовали популяцию просяных карликовых гремучников, обитающих в Центральной Флориде и проверили силу змеиного яда на их обычной добыче, ящерицах коричневых анолисах (Norops sagrei).
Авторы нашли 32 карликовых гремучника, обитающих в небольших субпопуляциях или по одиночке не более чем в 100 километрах друг от друга, и взяли у них яд. Затем ученые проанализировали его состав и провели эксперименты с коричневыми анолисами. Ящерицам вводили полулетальную дозу яда и в течение 48 часов отслеживали, сколько из них умрет. Чтобы оценить силу яда одной и той же змеи, ее яд разводили и 12 ящерицам делали инъекции разного количества яда (минимальное и максимальное его количество различалось в 3,5 раза). Всего ученые задействовали 384 ящерицы в экспериментальной группе, и 37 — в контрольной.
В результате 129 рептилий (33,6 процента) погибли через 24 часа, и еще 135 (35,2 процента) — через 48 часов после введения яда. Ученые обнаружили, что что токсичность яда у особей из одной субпопуляции отличалась в 3,6 раз. Также смертность зависела от введенного ящерицам количества яда, и не зависела от веса гремучников.
Исследователи предполагают, что разница может быть обусловлена физиологией змеи, или какими-то генетическими причинами. Возможно, объяснить ее помогут дополнительные исследования на других видах добычи. «Вполне возможно, что змеи, которые не умеют убивать этих ящериц, прекрасно справляются с другими жертвами, такими как лягушки», — говорит Лисл Гиббс.
Змеи были не самыми древними ядовитыми рептилиями. У небольшой рептилии из группы терапсид, которая обитала около 260 миллионов лет назад, по-видимому, была ядовитая железа. Это сделало ее древнейшим ядовитым позвоночным, известным на сегодняшний день.
Для создания электрогенетического интерфейса использовали человеческие белки
Швейцарские исследователи разработали систему для искусственного управления экспрессией генов с помощью электрогенетического интерфейса, приводимого в действие постоянным током. В эксперименте с его помощью удалось контролируемо синтезировать инсулин пересаженными человеческими клетками в организме крысы, больной сахарным диабетом. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Metabolism. Средства современной синтетической биологии позволяют создавать сложные генетические контуры управления клеткой, которые могут выполнять функции осцилляторов, таймеров, модулей памяти, линейных пропускателей, реле и сумматоров. В экспериментах они позволяли контролировать модели различных медицинских состояний, включая рак, бактериальные инфекции, хроническую боль и сахарный диабет. Как правило, такие контуры содержат генетический выключатель, который реагирует на низкомолекулярные соединения, но их применение ограничивают биодоступность, фармакодинамика и побочные эффекты. Поэтому в последнее время различные научные группы испытывают физические триггеры, реагирующие на свет, тепло, магнитные поля и радиоволны, однако их использование также ограничено биодоступностью, использованием нефизиологических кофакторов и возможной цитотоксичностью. Чтобы преодолеть эти ограничения, сотрудники базельского Научно-инженерного отделения биосистем (D-BSSE) Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) выбрали в качестве управляющего воздействия электрический ток. Низковольтный постоянный ток, подаваемый по электродам, быстро генерирует в тканях свободные электроны и радикалы, приводящие к образованию активных форм кислорода в низких, не цитотоксических концентрациях. Авторы работы взяли за основу человеческий Kelch-подобный ECH-связанный белок 1 (KEAP1), модулирующий иммунный противоопухолевый ответ. В обычных условиях он секвестрирует фактор транскрипции NRF2 и направляет его на разрушение протеасомами. При повышении концентрации активных форм кислорода он высвобождает NRF2, который перемещается в ядро клетки и связывается с элементами антиоксидантного ответа (ARE). Кратковременного действия тока от бытового элемента питания оказалось недостаточно для активации KEAP1/NRF2, однако их эктопическая постоянная экспрессия давала достаточный ответ. Исследователи ввели в клетки человеческих эмбриональных почечных клеток (HEK293) на вирусных векторах гены KEAP1, NRF2 и репортерного конструкта, кодирующего модельный гликопротеин SEAP (человеческую плацентарную секреторную щелочную фосфатазу) и управляющий ее секрецией синтетический промотор, содержащий оператор ARE. Полученная система, названная DART (DC-actuated regulation technology, технология регуляции с постоянным током в качестве актуатора), надежно вырабатывала искомый белок под действием тока из электродов в питательной среде, не вызывая других изменений в транскриптоме и цитотоксичности. Экспериментальным путем было показано, что оптимально 10-секундное воздействие тока напряжением 4,5 вольта от трех бытовых батареек АА или ААА. В качестве подтверждения концепции авторы работы ввели в клеточную линию, полученную из человеческих мезенхимальных стволовых клеток конструкт DART, вырабатывающий инсулин. Монослой таких клеток в гелевой капсуле поместили под кожу спины мышей, страдавших сахарным диабетом 1 типа. Их стимуляцию проводили током от трех батареек АА с помощью стандартных одобренных ВОЗ и FDA акупунктурных электродов ежедневно в течение 10 секунд. На второй день уровень глюкозы в крови животных пришел в норму и оставался на этом уровне в течение четырех недель эксперимента. Метаболические показатели при этом можно было регулировать, изменяя напряжение тока, продолжительность стимуляции и частоту сеансов. Исследователи рассчитывают, что DART откроет возможность для создания носимых электронных устройств для прямого управления метаболическими вмешательствами. По их мнению, электрогенетические интерфейсы представляют собой недостающее звено на пути к полной совместимости и интероперабельности электронных и генетических систем. В 2017 году американским биотехнологам удалось применить электрический ток для управления генами кишечной палочки (Escherichia coli). Для этого они использовали белок SoxR, который помогает бактерии справляться с окислительным стрессом.