älä anna ulkonäkönsä hämätä: Sormustinkokoiset, iloisen väriset ja sihisevät myrkkysammakot itse asiassa hautovat mukanaan voimakkaimpia tuntemiamme hermomyrkkyjä. Tiede-lehdessä julkaistun uuden tutkimuksen myötä tiedemiehet ovat askeleen lähempänä siihen liittyvän päänvaivan ratkaisemista-miten nämä sammakot välttyvät myrkyttämästä itseään? Ja vastauksella on potentiaalisia seurauksia kivun ja riippuvuuden torjunnassa.
uusi tutkimus, jota johtivat Austinin Texasin yliopiston tutkijat, vastaa tähän kysymykseen epibatidiinitoksiinia käyttävien myrkkysammakoiden alaryhmälle. Estääkseen saalistajia syömästä niitä Sammakot käyttävät myrkkyä, joka sitoutuu eläimen hermoston reseptoreihin ja voi aiheuttaa verenpaineen kohoamista, kouristuksia ja jopa kuoleman. Tutkijat havaitsivat, että pieni geneettinen mutaatio sammakoissa — muutos vain kolmessa reseptorin 2500 aminohaposta — estää myrkkyä vaikuttamasta sammakoiden omiin reseptoreihin ja tekee niistä vastustuskykyisiä sen tappaville vaikutuksille. Eikä siinä kaikki, vaan juuri sama muutos ilmestyi itsenäisesti kolme kertaa näiden sammakoiden evoluutiossa.
”myrkyllisyys voi olla hyväksi selviytymiselle — se antaa etulyöntiaseman petoeläimiin nähden”, UT Austinin tutkijatohtori ja toinen ensimmäinen kirjoittaja Rebecca Tarvin sanoi lehdessä. ”Miksi eläimet eivät ole myrkyllisiä? Työmme osoittaa, että iso rajoitus on se, pystyvätkö eliöt kehittämään vastustuskykyä omille myrkyilleen. Havaitsimme, että evoluutio on kohdannut saman muutoksen kolmessa eri sammakkoryhmässä, ja se on minusta varsin kaunista.”
myrkyllisiä sammakkolajeja on satoja, joista jokainen käyttää kymmeniä erilaisia hermomyrkkyjä. Tarvin kuuluu tutkijaryhmään, johon kuuluvat integratiivisen biologian laitoksen professorit David Cannatella ja Harold Zakon, jotka ovat tutkineet, miten nämä sammakot kehittivät myrkyllisen vastustuskyvyn.
jo vuosikymmeniä lääketieteen tutkijat ovat tienneet, että tämä toksiini, epibatidiini, voi toimia myös voimakkaana ei-addiktiivisena kipulääkkeenä. He ovat kehittäneet satoja yhdisteitä sammakon myrkystä, mukaan lukien yhden, joka eteni lääkekehitysprosessissa ihmiskokeisiin ennen kuin se suljettiin pois muiden sivuvaikutusten takia.
uusi tutkimus — joka osoittaa, miten tietyt myrkkysammakot kehittyivät estämään toksiinia säilyttäen aivojen tarvitsemien reseptorien käytön — antaa tutkijoille tietoa epibatidiinista, joka voisi lopulta osoittautua hyödylliseksi suunniteltaessa lääkkeitä, kuten uusia kipulääkkeitä tai lääkkeitä nikotiiniriippuvuuden torjumiseksi.
”jokainen tiedonmurunen, jonka voimme kerätä siitä, miten nämä reseptorit ovat vuorovaikutuksessa lääkkeiden kanssa, vie meidät askeleen lähemmäksi parempien lääkkeiden suunnittelua”, sanoi Cecilia Borghese, toinen kirjan ensimmäinen kirjoittaja ja tutkija yliopiston Waggoner Center for Alcohol and Addiction Research-tutkimuskeskuksessa.
luotto: Rebecca Tarvin / University of Texas at Austin.
Lukon vaihtaminen
a-reseptori on solujen ulkopinnalla oleva proteiinityyppi, joka lähettää signaaleja ulko-ja sisäpinnan välillä. Reseptorit ovat kuin lukkoja, jotka pysyvät kiinni kunnes kohtaavat oikean avaimen. Kun vastaan tulee juuri oikean muotoinen molekyyli, reseptori aktivoituu ja lähettää signaalin.
Tarvinin ja hänen kollegoidensa tutkima reseptori lähettää signaaleja esimerkiksi oppimis-ja muistiprosesseissa, mutta yleensä vasta, kun terve ”avain” oleva yhdiste joutuu kosketuksiin sen kanssa. Sammakoiden saalistajien harmiksi myrkyllinen epibatidiini vaikuttaa myös reseptoriin voimakkaan yleisavaimen tavoin kaapaten soluja ja käynnistäen vaarallisen aktiviteettiryöpyn.
tutkijat havaitsivat, että epibatidiinia käyttäville myrkkysammakoille on kehittynyt pieni geenimutaatio, joka estää toksiinia sitoutumasta niiden reseptoreihin. Tavallaan he ovat tukkineet yleisavaimen. He ovat myös evoluution kautta onnistuneet säilyttämään keinon, jolla todellinen avain voi jatkaa toimintaansa toisen geenimutaation ansiosta. Sammakoissa Lukko muuttui valikoivammaksi.
tautien torjunta
lukon muuttuminen viittaa mahdollisiin uusiin keinoihin kehittää lääkkeitä ihmisten sairauksia vastaan.
tutkijat havaitsivat, että muutokset, jotka antavat sammakoille vastustuskyvyn toksiinille muuttamatta tervettä toimintaa, tapahtuvat reseptorin osissa, jotka ovat lähellä epibatidiinia, mutta eivät edes koske siihen. Borghese ja vieraileva opiskelija Wiebke Sachs tutkivat ihmisen ja sammakon reseptorien toimintaa adron Harrisin laboratoriossa, joka oli toinen kirjailija ja Waggoner Centerin apulaisjohtaja.
”jännittävintä on, miten nämä aminohapot, jotka eivät ole edes suorassa kosketuksessa lääkkeen kanssa, voivat muuttaa reseptorin toimintaa niin tarkasti”, Borghese sanoi. Terve yhdiste, hän jatkoi, ” toimii normaalisti, ei mitään ongelmaa, ja nyt reseptori on resistentti epibatidiinille. Se oli kiehtovaa.”
tutkijat, jotka yrittävät suunnitella siihen vaikuttavia lääkkeitä, saattavat käyttää hyväkseen sitä, miten nämä hyvin pienet muutokset vaikuttavat reseptorin käyttäytymiseen. Koska sama reseptori vaikuttaa ihmisillä myös kipuun ja nikotiiniriippuvuuteen, tämä tutkimus saattaa ehdottaa tapoja kehittää uusia lääkkeitä kivun estämiseen tai auttaa tupakoitsijoita pääsemään eroon tavasta.
Retracing Evolution
yhteistyössä ecuadorilaisten kumppaneiden kanssa tutkijat keräsivät kudosnäytteitä 28 sammakkolajista — mukaan lukien epibatidiinia käyttävät sammakkolajit, muita toksiineja käyttävät sammakkolajit ja myrkyttömät sammakkolajit. Tarvin ja hear-kollegat Juan C. Santos St. John ’s Universitystä ja Lauren O’ Connell Stanfordin yliopistosta sekvensoivat geenin, joka koodaa kunkin lajin tiettyä reseptoria. Sitten hän vertasi hienovaraisia eroja rakentaakseen evoluutiopuun, joka edustaa sitä, miten geeni kehittyi.
tämä on toinen kerta, kun Cannatella, Zakon, Tarvin ja Santos ovat mukana keksimässä mekanismeja, jotka estävät sammakoita myrkyttämästä itseään. Tammikuussa 2016 ryhmä tunnisti joukon geenimutaatioita, joiden he ehdottivat suojaavan toista myrkkysammakoiden alaryhmää erilaiselta hermomyrkyltä, batrakotoksiinilta. Tässä kuussa julkaistu tutkimus perustui heidän löydökseensä ja sen tekivät Albanyssa sijaitsevan New Yorkin osavaltionyliopiston tutkijat, jotka vahvistivat, että yksi UT Austinin ehdotetuista mutaatioista suojaa kyseistä myrkkysammakoiden joukkoa myrkyltä.
lehden toinen kirjoittaja on Ying Lu UT Austinista.
tämä artikkeli on julkaistu uudelleen Austinin Texasin yliopiston toimittamasta aineistosta. Huomautus: materiaalia on voitu muokata pituuden ja sisällön osalta. Lisätietoja antaa mainittu lähde.