Журнал «Вокруг Света» №03 за 2010 год
Шрифт:
Боевой комплекс
Ядовитые железы змеи — это видоизмененные слюнные, выполняющие новую функцию, а белки ядов — это модифицированные пищеварительные ферменты, например ферменты из группы фосфодиэстераз. Их специальность — отрезать от органических молекул фосфатные группы (в любом организме все чужеродные полимеры сначала разбираются на части, чтобы потом из них можно было собирать собственные). Фосфодиэстеразы змеиного яда выполняют похожую работу, но очень энергично и с большим выходом побочного продукта — гистамина, который расширяет кровеносные сосуды, что замедляет ток крови и приводит к ее застою, отеку тканей и падению артериального давления. В результате жертва становится вялой и теряет способность к сопротивлению, что и требуется хищнику.
Один из основных видов оружия кобр и других змей из семейства аспидовых — холинэстераза. У этого фермента специализация очень узкая: он «откусывает» небольшой фрагмент (остаток уксусной кислоты) от ацетилхолина и тем самым дезактивирует его. В электрической схеме нервных цепочек холинэстераза служит своего рода гасящим импульс демпфером, ведь после каждого импульса клетка должна «успокоиться»
Из клыков плюющейся кобры яд вылетает сильными струями. При удачной атаке они попадают жертве прямо в глаза, вызывая резкую боль и слепоту, тем самым лишая ее шансов на спасение. Фото: NATURE PICTURE LIBRARY
Зачем змее яд?
Пищеварению самой змеи яд не помогает. Зоолог Маршалл Маккью из Университета Арканзаса (США) поставил опыт с техасскими гремучими змеями, сравнив скорость прохождения через змеиный кишечник мышей, пораженных ядом и умерщвленных иными способами. Оказалось, что и с ядом, и без яда на переваривание у змеи уходит одинаковое время. Выигрыш от яда у змей иной. Для этих безногих охотников яд — великолепная компенсация неспособности бегать: если не можешь жертву догнать, останови ее. Хотя среди них есть и весьма проворные: черная мамба, к примеру, способна передвигаться со скоростью галопирующей лошади и долго преследовать жертву. Но все же большинство змей прытью не отличаются. Зато их яд работает быстро. Орудие нападения — ядовитые зубы — змеи используют по-разному. Гадюка и гюрза в момент укуса выставляют ядовитые зубы вперед — они могут двигать ими и менять угол наклона относительно челюсти. Бросок, укол, и голова змеи возвращается назад. Остается дождаться, когда яд сделает свое дело, и найти погибающую добычу по следу с помощью чуткого к запахам раздвоенного языка. Кобра действует иначе: она не колет, а действительно кусает, прихватывая жертву всеми зубами. В дальнейшем события разворачиваются так же. И третья стратегия — у змей с зубами, расположенными в глубине рта: они поражают уже схваченную жертву, а яд лишь обездвиживает, помогает подавить сопротивление жертвы.
Тройственный союз
Отравление змеиным ядом — результат работы ферментов, свойства которых зависят от последовательности аминокислот. На сегодняшний день ученые расшифровали ее для сотен компонентов ядов разных видов.
С помощью рентгеноструктурного анализа и расчетов на мощных компьютерах они строят объемные модели белковых молекул, чтобы понять, какие их участки отвечают за ядовитые свойства и с какими веществами в организме они взаимодействуют. Все компоненты животных ядов работают по одному из трех принципов: в организме жертвы они либо разрушают какие-то молекулы, либо связываются с ними и тем самым лишают активности, либо в силу более высокой собственной активности опережают их действие. Разрушительно действует гиалуронидаза, фермент, содержащийся в яде любой змеи. Его профессия — деструкция мукополисахаридов — своего рода цемента, скрепляющего между собой живые клетки. Нарушение межклеточных связей делает ткань проницаемой и открывает дорогу другим компонентам яда. Второй принцип у кишечных токсинов, свойственных всем ядовитым рептилиям: они связываются с рецепторами гладкой мускулатуры кишечника, выводят их из строя, что по признакам похоже на тяжелое пищевое отравление. Третьим способом действуют некоторые из нейротоксинов, например альфа-бунгаротоксин из яда тайваньского бунгара. По реакции он опережает ацетилхолин — медиатор, с помощью которого нервный импульс передается от одной клетки к другой, делает нервные окончания бесчувственными и приводит к параличу мышц. В яде любой опасной змеи есть компоненты со всеми тремя злодейскими наклонностями.
Секрет Рикки-Тикки-Тави
Бесстрашие мангуста объясняется не только ловкостью и быстротой его реакции. Дело в том, что молекулы яда присоединяются к мышечным и нервным клеткам жертв змей в тех местах, где должны присоединяться молекулы медиатора ацетилхолина, переносящие нервные импульсы между клетками (по самому нейрону возбуждение передается электрическим путем). В результате наступает мышечный и нервный паралич, и укушенный змеей погибает от остановки сердца или дыхания. У мангустов же те участки клеток, с которыми взаимодействуют медиаторы, отличаются по своему составу, поэтому змеи не приносят им особого вреда. Израильские ученые под руководством профессора Сары Фукс из Института Вейцмана в Реховоте около 30 лет потратили на поиск разгадки. Они обнаружили на рецепторе участок из 21 аминокислоты (всего в белке-рецепторе 3000 аминокислот), который, связываясь с токсином змеиного яда, нейтрализует его.
Наиболее распространенный способ «доения» змей — механический, то есть путем массажа ядовитых желез. Полученные выделения — ценное сырье для фармацевтической промышленности, из которого производят жизненно важные лекарственные препараты. Фото: SPL/EAST NEWS
Драгоценные капли
В Институте Бутантан (город Сан-Паулу, Бразилия) — одном из крупнейших биомедицинских исследовательских центров, где разрабатывают вакцины, сыворотки и противоядия от разнообразных токсинов, постоянно содержат около 12 500 змей (в основном каскавела и жарарака), от которых получают до 5–6 литров ядовитых выделений в год (1–1,5 килограмма в сухом весе). Чтобы получить такое количество, змей «доят» каждые 2–3 недели. От мелких экземпляров за один раз получают по 20–40 миллиграммов (в сухом весе), от крупных — по 500–900 миллиграммов.
Традиционный способ отбора яда — механический, для чего ядовитые железы рептилии с усилием массируют. Более эффективным признано «электродоение» при помощи легкого электрического удара. Для этого к слизистой оболочке рта змеи прикасаются электродами под напряжением 5–8 В, что вызывает сокращение мышц, окружающих ядовитые железы.
В серпентариях Европы чаще всего содержат гадюк — одна особь за полгода способна произвести целебных выделений, достаточных для получения только одной ампулы препарата. Частые «дойки» сокращают жизнь невольниц. Зоологи считают, что в природе гадюки доживают до 15 лет, но в неволе живут не более двух. Малая эффективность производства натурального змеиного яда и большой спрос породили идею получения его искусственным путем. В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН был разработан метод выращивания клеток ядовитой железы на питательной среде. Однако из-за недостаточного финансирования проект был закрыт. Еще один путь — химический синтез отдельных компонентов. Благодаря ему в распоряжении медиков появилось множество лекарственных препаратов на основе искусственного змеиного яда.
В поисках защиты
Самой сильной способностью подавлять действие яда природа наградила самих змей. У одних видов это белки, у других — гликопротеиды. Их работа — нейтрализовать яд в случае укуса сородичами, причем помогает он не только от укусов своего вида, но и других змей. Японские медики выделили из крови китайского щитомордника вещества, которые дезактивируют нейротропный агент фосфолипазу не только в ядах разных змей — гадюк, гремучих змей и кобр, — но даже в пчелином яде. Однако это не единственная защита от самоотравления. Ядовитые железы гадюк состоят из двух долек с разным содержимым. В одном отделе содержится потенциальный яд, а в другом — его проводник гиалуронидаза, которая открывает ворота межклеточных укреплений. Порознь они бессильны и только при укусе, смешиваясь, превращаются в активный яд. Устойчивость к змеиному яду можно вырабатывать. Один из первых опытов по выработке подобной устойчивости относится к 1887 году, когда профессор Мичиганского университета физиолог Генри Сьюол, экспериментируя с голубями, добился у них устойчивости к яду гремучей змеи в дозе, шестикратно превышающей смертельную. Для этого потребовалось делать птицам инъекции из яда, разведенного в глицерине, раз за разом повышая дозу. Несколькими годами позже французы изготовили подобным образом противоядия от укусов обыкновенной гадюки и кобры из сыворотки крови лошади. Так появились препараты первого поколения для лечения пострадавших от змеиных укусов. При всех своих достоинствах они обладают существенным недостатком: могут вызвать у пациента сильную реакцию на чужеродный белок. Следующий шаг на пути создания вакцин: выделение из сыворотки иммуноглобулинов — белков, ответственных за иммунный ответ. И третий — использование не всего белка, а только той его части, которая связывает яд, чтобы не вызывать побочных реакций.
Чемпионы ядовитости
объем яда
(один укус)
его достаточно,
чтобы убить
Тайпан, или жестокая змея (oxyuranus microlepidotus) Центральная Австралия 100 мг 100 человек
Королевская коричневая змея, или мулга (pseudechis australis) Австралия 150 мг 10 человек
Малайский крайт (bungarus candidus)
Индонезия 8-20 мг 10 человек
На службе медицины
Испокон веков знахари лечили разные недуги змеиным ядом. Из него делали не только мази, но и микстуры. Однако с уверенностью можно сказать, что принимать подобные лекарства внутрь совершенно бессмысленно. Наши пищеварительные ферменты справляются с белками змеиного яда так же легко, как и с мясным бульоном.
А вот мази и растирания, включающие яды и их компоненты, действительно могут приносить пользу. Например, разогревающая мазь «Випросал» даже названа в честь гадюки, чье латинское название Vipera. Медики давно заметили, что яд действует подобно перцу или горчице, только лучше: он не только разогревает, но и улучшает работу тканей. Тем, кто перенес инфаркт, страдает сердечной недостаточностью или гипертонией, назначают синтетический аналог фермента змеиного токсина, который разрывает цепочку биохимических реакций, приводящих к повышению кровяного давления.