Но новое исследование Техасского университета в Арлингтоне ставит под сомнение эту практику, а также разрабатывает новую модель того, как появился змеиный яд. Работа, которая публикуется в журнале Molecular Biology and Evolution, основана на кропотливом анализе сравнения групп родственных генов или «семейств генов» в тканях из разных частей бирманского питона или Python molurus bivittatus.
Команда под руководством доцента биологии Тодда Кастоу и исследователей из Колорадо и Соединенного Королевства обнаружила аналогичные уровни этих так называемых семейств токсичных генов в ротовых железах питона и в тканях мозга, печени, желудка и некоторых других органов питона. Ученые говорят, что эти результаты многое говорят о функциях генов яда до того, как они превратились в яды. Это также показывает, что одной лишь экспрессии генов, связанных с токсинами яда, в ротовых железах змей и ящериц недостаточно информации, чтобы закрыть книгу о том, является ли что-то ядовитым.
"Исследования яда широко распространены из-за его очевидной важности для лечения и понимания укусов змей, а также возможности использования ядов в качестве лекарств, но до сих пор все было сосредоточено на ядовитой железе, где яд вырабатывается до этого. вводится ", – сказал Кастое. "Не было исследования того, что происходит в других частях тела змеи.
Это первое исследование, в котором геном использовался для изучения остальной части картины."
Изучение эволюции яда может помочь ученым разработать более эффективные противоядные средства и внести вклад в знания об эволюции генов у людей
Кастое сказал, что с ростом возможностей генетического анализа ученые находят больше доказательств давней теории.
Эта теория утверждает, что высокотоксичные ядовитые белки эволюционно «родились» из нетоксичных генов, которые выполняют другие обычные функции в организме, такие как регулирование клеточных функций или переваривание пищи.
«Эти результаты демонстрируют, что гены или транскрипты, которые ранее интерпретировались как« токсинные гены », скорее всего, являются генами домашнего хозяйства, участвующими в более приземленном поддержании нормального метаболизма многих тканей», – сказал Стивен Макесси, соавтор исследования, и профессор биологии Университета Северного Колорадо. «Наши результаты также предполагают, что вместо одного древнего происхождения, яд и системы доставки яда, скорее всего, развивались независимо в нескольких различных линиях рептилий."
Кастое был ведущим автором исследования 2013 года, в котором был нанесен на карту геном бирманского питона.
Питоны не считаются ядовитыми, хотя у них есть некоторые из тех же генов, которые превратились в очень токсичные яды у других видов. Разница в том, что у очень ядовитых змей, таких как гремучие змеи или кобры, семейства генов яда расширились, чтобы создать множество копий этих общих генов, и некоторые из этих копий превратились в гены, производящие высокотоксичные белки яда.
"Неядовитый питон отделился от эволюционного древа змей до этого массового расширения и переделки семейств генов яда. Таким образом, питон представляет собой окно в то, как змея выглядела до того, как появился яд », – сказал Кастое. "Изучение этого помогает нарисовать картину того, как эти семейства генов, присутствующие у многих позвоночных, включая человека, превратились в гены, кодирующие смертельные токсины."
Хакобо Рейес-Веласко, аспирант лаборатории Кастое, является ведущим автором новой статьи. Помимо Кастоу и Макесси, другими соавторами являются: Дарен Кард, Одра Эндрю, Кайл Шейни, Ричард Адамс и Дрю Шилд, все из Департамента биологии UT Арлингтона; и Николас Кейсуэлл из Ливерпульской школы тропической медицины.
Статья озаглавлена «Экспрессия гомологов гена яда в различных тканях питона предлагает новую модель эволюции змеиного яда»."
Исследовательская группа рассмотрела 24 семейства генов, которые являются общими для питонов, кобр, гремучих змей и монстров Гила и связаны с ядом.
Традиционный взгляд на эволюцию яда заключался в том, что ядро системы яда возникло в какой-то момент эволюции змей и ящериц, называемое токсикоферой, и что эволюция очень ядовитых змей, известных как ценофидийские змеи, произошла позже. Но было дано мало объяснений тому, почему эволюция выбрала только 24 гена для превращения в высокотоксичные гены, кодирующие яд, из 25 000 или около того возможных.
«Мы считаем, что эта работа обеспечит важную основу для будущих исследований исследователей яда, чтобы лучше понять процессы, которые привели к образованию смеси токсичных молекул, которые мы наблюдаем в яде, и определить, какие молекулы имеют наибольшее значение для убийства добычи и причинения вреда. патология у жертв укусов змеи », – сказал Кейсвелл.
Когда они посмотрели на питона, команда обнаружила несколько общих характеристик среди семейств генов, связанных с ядом, которые отличались от других генов. По сравнению с другими семействами генов питона, семейства генов яда «экспрессируются на более низких уровнях в целом, выражаются на умеренно-высоких уровнях в меньшем количестве тканей и демонстрируют самые высокие вариации уровня экспрессии в тканях», – сказал Кастое.
«Похоже, что эволюция выбрала, какие гены превратить в яды, в зависимости от того, где они были экспрессированы (или включены), и на каких уровнях они были экспрессированы», – сказал Кастое.
На основе их данных в новой статье представлена модель с тремя этапами эволюции яда.
Во-первых, эти потенциально ядовитые гены по умолчанию попадают в ротовую железу, потому что они слабо, но стабильно экспрессируются по всему телу. Затем, из-за того, что естественный отбор благоприятен для этого выражения в ротовой железе, ткани во рту начинают экспрессировать эти гены на более высоком уровне, чем в других частях тела.
Наконец, по мере того, как яд становится более токсичным, экспрессия этих генов в других органах снижается, чтобы ограничить потенциально вредные эффекты выделения таких токсинов в других тканях организма.
Команда называет свою новую модель Stepwise Intermediate Nearly Neutral Evolutionary Recruitment, или SINNER, моделью. Они говорят, что разные уровни яда у змей и других животных могут быть связаны с изменчивостью того, где разные виды или разные гены внутри вида находятся в континууме между началом и концом модели SINNER.
Кастое сказал, что следующим шагом в исследовании будет изучение генома очень ядовитых змей, чтобы убедиться, что модель SINNER оправдывает себя. На данный момент он и остальная часть команды надеются, что их выводы о наличии генов, связанных с ядом, в других частях питона изменят некоторые представления о том, какие виды считаются ядовитыми.
"Что такое яд и какие виды ядовиты, теперь потребует гораздо больше доказательств, чтобы убедить людей", – сказал Кастое. "Это дает совершенно новый взгляд на то, о чем мы должны думать, когда смотрим на эти ротовые железы."