Десятилетия исследований соединений, входящих в состав змеиного яда, привели к некоторым поразительным открытиям.
Люди поклонялись змеям тысячи лет. В Древнем Египте нильская кобра украшала корону фараона. В Древней Греции их можно было найти во многих медицинских символах, некоторые из которых мы используем до сих пор, например, Жезл Асклепия. Дальше на восток, в Индии, у змей есть свой праздник; Наг Панчами - день, когда змей почитают за их власть над дождями. У змеи даже есть свое место на китайском зодиаке. А в неевразийских культурах змей приветствовали в Перу и Мексике, где их почитали как смертные формы богов. Но образ змеи не всегда был таким позитивным. В иудаизме и христианстве он часто олицетворяет грех, зло и дьявола.
Один из самых известных символов змеи - Уроборос, который представляет собой изображение змеи, поедающей свой собственный хвост. Говорят, что символизирует цикл жизни, смерти и возрождения, Уроборос может показаться анахроничным символом, но это вполне уместно; Змея, если верить недавним исследованиям, может вскоре занять свое почетное место в истории медицины.
Согласно исследованию, опубликованному в этом году токсикологическим журналом Toxicon, белок под названием эристостатин, полученный из яда азиатской песчаной гадюки, может быть полезен в борьбе с меланомой и другими видами рака.
«Меня привлекла идея использовать компонент яда, который большинство людей считает смертельным, для борьбы с раком», - сказал доктор Стефан Хейли, студент, работавший над своей магистерской программой, когда он был соавтором исследования еще в 2010 году. Хотя все компоненты яда, взятые вместе, смертельны, по отдельности они могут быть весьма полезными.
Дезинтегрины, белки, обнаруженные в яде многих гадюк, например, действуют как партнеры по связыванию с интегринами, которые играют большую роль в нескольких различных клеточных процессах. Хейли и его коллеги обнаружили, что эристостатин, один из тех дезинтегринов, который обычно связывается с тромбоцитами жертвы змеи и переносит токсины по кровеносной системе, также связывается с клетками меланомы у мышей и предотвращает метастазирование опухолей в другие части тела.
Однако находка Хейли - не результат удачной догадки; это кульминация исследований, начатых в середине 20 века. Советник Хейли и соавтор исследования Toxicon, доктор Мэри Энн Маклейн, изучает потенциальные преимущества змеиного яда с 1980-х годов под руководством доктора Стефана Нибьяровски.
«Стефан был лучшим примером ученого», - сказал Маклейн. «Он замечал различия, которые другие могли не заметить, он всегда задавался вопросом о том, чего не понимал, он умел создавать научные эксперименты на основе своих гипотез, и, что более всего, он был соавтором». Нибьяровски интересовалось, как разные змеиные яды по-разному влияют на жертв. Одни вызывали паралич, другие - нарушение кровообращения.
В конце 1980-х годов Нибьяровский начал работать с китайскими исследователями над изучением компонентов змеиного яда и их эффектов. Используя новые методы атомно-силовой микроскопии, он и его партнеры обнаружили, что яд состоит из множества различных белков и молекул, включая вышеупомянутые дезинтегрины, нейротоксины и гидролазы.
После того, как Маклейн оставил свою опеку, она продолжила изучение змеиного яда, чтобы лучше понять полезные белки, которые можно было выделить. Хотя Маклейн и другие значительно расширили свои практические знания о белках, «мы до сих пор не совсем понимаем, как они работают», - сказала она.
Доктор Стивен Макесси, профессор биологии Университета Северного Колорадо и эксперт по змеям, помог мне объяснить то, что мы действительно знаем. Змея использует регулирующие соединения, обнаруженные в других системах организма, многие из которых также встречаются у людей, но в более низких дозах, которые гораздо труднее активировать, а затем изолировать, для производства своего яда. Когда змея вводит этот яд в больших количествах, он смертельно опасен, но в малых дозах это научная золотая жила.
Змея переживает токсичность своего собственного яда, сохраняя его в сильно кислых железах, которые нейтрализуют различные соединения. Эти соединения остаются нейтральными, пока змея не укусит свою добычу. Поскольку большинство тел животных поддерживают нейтральный pH, опасные компоненты яда могут нанести вред, когда змея введет свой яд.
Ученые в первую очередь сосредоточились на двух типах ядовитых змей: змеях с передними клыками, таких как кобры, и семействе гадюк. Эти две группы являются объектами большинства исследований, потому что они достаточно велики, чтобы производить количество яда, который ученые могут легко разбить на его молекулярные части и изучить. Макесси также заинтересован в изучении производства яда у более мелких змей. Он говорит, что у них могут быть совершенно разные белки, но все это остается в значительной степени неизвестным.
Змеи лиры представляют интересный пример этого. Их яд похож на яд кобры, но очень небольшие отличия делают его нетоксичным для человека. Он токсичен только для птиц и ящериц и поэтому не получил такого большого внимания.
Есть и другие факторы, которые замедлили изучение яда, а именно деньги. «Производство этих лекарств стоит многие миллионы долларов», - сказал Маклейн. Во-первых, ей нужно получить проценты от фармацевтических компаний с необходимым капиталом. По словам Макесси, это самая сложная часть. На создание нового лекарства от открытия до маркетинга уходит в среднем 10 лет. Трудно убедить кого-либо инвестировать без надежды на возврат более десяти лет. Лекарства все время терпят неудачу, но многие люди не знают, что неудача одного лекарства может привести компанию к банкротству.
Когда, наконец, начнутся испытания - если белок все еще подает надежды, что, конечно, не гарантируется, - ученые должны найти способ заставить иммунную систему человеческого организма принять эти соединения. Змеи обычно вводят эти белки так быстро и в такой смертельной дозе, что организм не имеет возможности противостоять этому.
Однако, если бы врачи вводили эти соединения людям в более низких дозах, они могли бы вызвать положительное взаимодействие, но организм все равно распознал бы их как чужеродные белки и создал бы антитела для их уничтожения. Организм будет вырабатывать сопротивление, даже если соединения будут действовать благотворно, и врачам придется использовать все более и более высокие дозы, чтобы преодолеть реакцию, что, в свою очередь, может привести к негативным последствиям.
Маклейн сказал, что лучшим вариантом было бы изолировать активные компоненты и заставить фармацевтические компании синтезировать их искусственно. Используя последние достижения в области наномедицины, врачи могут прикрепить белок к обычно неактивному белку в организме, который затем может активироваться, как только попадет в кровоток. К сожалению, это не похоже на вырезание и вставку на вашем компьютере. Сложная наука все еще находится в стадии разработки.
Успехи медицины в борьбе с бактериями обычно сосредоточены на использовании полезных бактерий или грибов для уничтожения вторгшихся бактерий. К сожалению, эти методы не оказались перспективными в борьбе с такими неизлечимыми заболеваниями, как рак. Традиционная лучевая терапия приводит к такому количеству негативных последствий для больных раком, что они могут быть даже хуже, чем сама болезнь. «Сейчас современная медицина похожа на попытку настроить ваши наручные часы с помощью дробовика», - сказал Макесси. «Это принесет больше вреда, чем пользы». Но некоторые думают, что яд может оказаться ключевым компонентом новых лекарственных препаратов, направленных на замедление или остановку развития рака без стольких побочных эффектов.
Однако это не единственная потенциальная польза, которую можно найти в яде змей. «Поскольку яд немного отличается от одного вида к другому, существует множество компонентов, которые, скорее всего, будут играть важную роль в медицинских инновациях по мере их открытия и по мере того, как методы лечения станут более индивидуализированными», - сказала Хейли. По словам Маклейна, у каждого вида гадюк есть своя собственная версия дезинтегринов, и, хотя есть много общего, тонкие различия могут иметь огромное влияние на то, как они действуют. Гремучие змеи, часть вида гадюк, вырабатывают протеазу, называемую брадикинином, которая действует как вассальный расширитель и может вызывать смерть в больших количествах. Но вместо того, чтобы смотреть на негативные эффекты, такие ученые, как Маклейн и Макесси, видят в потенциале добрые дела. Они считают, что брадикинин может помочь людям снизить кровяное давление, а также действовать как антикоагулянт, который можно использовать во время операций или во время выздоровления пациентов.
И исследования продолжают открывать новые потенциальные преимущества. Ханналгезин, нейротоксин, обнаруженный в яде королевской кобры, имеет морфиноподобные свойства, но Кини Манджунатха, профессор биологии Национального университета Сингапура, в исследованиях показал, что он может быть в 20-200 раз эффективнее морфина. не вызывая неврологического или мышечного дефицита. Дополнительным бонусом является то, что его можно принимать перорально, тогда как морфин нужно вводить инъекционно. Манджунатха планирует начать клинические исследования в этом или следующем году.
Хейли убежден, что яд может стать ключом к впечатляющим инновациям в его области. По мере того, как медицина становится все более и более персонализированной, врачи смогут использовать различные белки для лечения определенных аспектов болезни. Удивительное биоразнообразие белков, содержащихся в змеином яде, может способствовать более глубокому пониманию нашего собственного тела, а также самой болезни.