Змеиный яд благодаря своей биологической активности когда-то был широко востребован в медицине, но в наше время натуральный яд в лекарствах или косметике – либо рекламный ход, либо архаизм. Его повсеместно вытесняют синтетические препараты. Сейчас змеиные яды востребованы в основном для производства антисывороток и учёными: в них ищут новые биологически активные соединения. В частности, поиском, исследованием биологической активности и установлением структуры токсичных молекул змеиного яда занимаются специалисты лаборатории молекулярной токсинологии Института биоорганической химии РАН под руководством Юрия Николаевича Уткина.Условно яды змей можно разделить на два класса. Нейротоксические яды змей семейства аспидов – кобр, мамб, крайтов и других – поражают в основном нервную систему их жертв. Гемотоксичные яды змей семейства гадюковых больше действуют на систему сворачивания крови, хотя и у гадюк в яде встречаются нейротоксины.

Зачем учёным яды
В лаборатории молекулярной токсинологии занимаются в основном нейротоксичными белками и пептидами. Основных применения у них два. В первую очередь они нужны как инструмент для биохимических исследований. Токсины действуют на нервную систему, связываясь с рецепторами и тем самым нарушая их нормальную работу. Это их свойство можно использовать в исследовательских целях, для поиска рецепторов в биологическом материале. Для этого токсин должен связываться с рецепторами эффективно и избирательно, то есть не со всеми подряд, а только с определённым рецептором или его подтипом. Наиболее известный из таких инструментов – полипептид альфа-бунгаротоксин, взаимодействующий с мышечными холинорецепторами никотинового типа. В немалой степени именно благодаря наличию этого удобного биохимического инструмента никотиновые холинорецепторы являются к настоящему времени одними из наиболее изученных мембранных рецепторов.

Владислав Старков – серпентолог, содержит небольшой серпентарий, поставляющий змей для нужд ИБХ и герпетологов-любителей

Кроме того, на основе токсинов змеиных ядов создано несколько лекарственных препаратов. Наиболее известен из них понижающий кровяное давление пептидомиметик каптоприл. Это соединение было смоделировано и химически синтезировано по образу и подобию пептида, найденного в яде американской копьеголовой змеи. Хотя иногда змеиный яд или его компоненты всё же используются в медицине в натуральном виде, но, считает Юрий Николаевич, «наиболее перспективный путь – это применение новых соединений для разработки на их основе препаратов, которые можно получать химическим путём, либо пептидомиметиков, либо коротких пептидов».

Неисхоженные тропинки токсинологии
Змеиные яды исследуются уже достаточно давно, около полувека, и хорошо изучены. Сейчас интересные результаты в этой области может принести работа с веществами, содержащимися в ядах в очень маленьких количествах. Так, из ядов кобр сотрудники лаборатории выделили несколько новых соединений, концентрация которых в яде – сотые доли процента.

«Дойка» тайской моноклевой кобры

Одна из фундаментальных проблем, которыми занимаются учёные, исследуя яды, – это определение взаимосвязи между структурой и функцией белка: почему одни белки токсичны, а другие – нет. Эта проблема тесно связана с задачей поиска инструментов исследования новых типов рецепторов. «Соединения, которые в ядах встречаются в низких концентрациях, могут быть полезны для исследования различных типов никотиновых холинорецепторов, а также других рецепторов нервной системы», – поясняет Юрий Николаевич. Из яда моноклевой кобры в его лаборатории выделили димеры уже известных токсинов, в частности альфа-кобратоксина. Самое интересное в этом то, что мономерный альфа-кобратоксин не взаимодействует с некоторыми типами холинорецепторов, в то время как димерный способен с ними связываться, хотя аминокислотная последовательность у них одна и та же.

Детёныши кобры в серпентарии Владислава Старкова

Другой путь – исследовать яды очень редких или новых видов. В этом направлении учёные из ИБХ сотрудничают с вьетнамскими коллегами. В яде редкой бирманской гадюки, пойманной по Вьетнаме, они нашли нейротоксин ранее неизвестного типа, также действующий на никотиновые холинорецепторы. Этот токсин интересен тем, что в отличие от всех известных природных нейротоксинов его молекула не содержит дисульфидных связей. Их отсутствие существенно облегчает синтез химических аналогов этого соединения. При синтезе белков, которые содержат дисульфидные связи, сложно получить молекулу нужной пространственной структуры. Если дисульфидных связей две, то вариантов их расположения – три. Биологической активностью может обладать при этом лишь одна из конфигураций, а всё остальное пойдёт в отходы производства. В отсутствие же дисульфидных связей получать нужные молекулы гораздо проще.

Геккон – это ящерица, а не змея, но он тоже живёт в серпентарии

«У найденного в яде бирманской гадюки токсина может быть практическое применение в качестве миорелаксанта, – поясняет Юрий Николаевич. – А недавно люди додумались использовать токсины из ядов змей и в косметике. В состав кремов вводят пептиды, которые действуют на холинорецепторы, способствуя расслаблению мускулатуры и уменьшению морщин».

Гадюка Никольского, которую на вид очень сложно отличить от обыкновенной гадюки

За новыми же видами, может быть, и не нужно отправляться так далеко. Учёные недавно выделили среди гадюк, обитающих в европейской части России, новый вид – гадюку Никольского. До последнего времени она считалась обыкновенной гадюкой, но при более пристальном изучении оказалось, что эти виды достаточно сильно различаются, в том числе – по химическому составу ядов и их действию. Учёные из лаборатории молекулярной токсинологии показали, что в яде гадюки Никольского есть компоненты, обладающие нейротоксичностью, что в целом для гадюк нехарактерно