Яд насекомых может показаться маловероятным союзником в открытии новых методов лечения человеческой боли, но последние открытия в области «уникального» способа, которым маленький муравей заставляет нас испытывать такие страдания, являются большим шагом вперед, и ожидается, что он будет быстро развиваться.
Исследователи из Университета Квинсленда (UQ) подробно описали, как действует токсин западноафриканского муравья (Tetramorium africanum), и как его гиперактивность в клеточных натриевых каналах умудряется причинять такую сильную боль своим жертвам. Но ученые полагают, что понимание этого открывает путь к лучшему лечению целенаправленной боли.
«Пептиды, полученные из яда муравьев и родственных им членистоногих, таких как пчелы и осы, являются богатым и неиспользованным источником интересных молекул, которые нейробиологи используют в качестве инструментов для понимания того, как работают мишени ионных каналов, а также в качестве ведущих молекул для разработки лекарств от неврологических расстройств, таких как хроническая боль и эпилепсия», — рассказал New Atlas доктор Анджело Керамидас из Института молекулярной биологии Университета Квинсленда.
Доктор Анджело Керамидас из Института молекулярной биологии при Университете Квинсленда
Университет Квинсленда
В 2023 году Керамидас и его команда обнаружили, как нейротоксичные молекулы из яда муравья способны связываться с натриевыми каналами в клетках человека, вызывая «какофонию» неприятных симптомов, включая воспаление и повышенное потоотделение.
Теперь, сосредоточившись на ядовитом пептиде Ta3a и его воздействии на потенциалзависимые натриевые каналы и электрическую перевозбуждение, исследователи раскрыли механизм, лежащий в основе укуса, вызывающего такой дискомфорт, — что является частью долгосрочного исследования ядов в университете — и приблизились на один шаг к поиску эффективного способа блокирования острых и хронических болевых сигналов.
«Используя электрофизиологию, мы смогли увидеть, что токсин связывается с натриевым каналом и захватывает встроенный механизм активации канала, вызывая гиперактивность», — сказал Керамидас. «Произошёл наплыв отрицательных ионов, притянутых к каналу, и отталкивание положительных ионов, что привело к усилению гиперактивности натриевого канала — явление, которое мы никогда раньше не наблюдали.
«Эта гиперактивность вызывает непрерывную активацию болевого сигнала, что объясняет свирепость укуса муравья. Яд активирует несколько каналов в мембране нервных клеток, и они остаются активными в течение очень долгого времени и не могут быть сброшены. Мы считаем, что эта чрезмерная стимуляция в конечном итоге вызывает онемение в месте укуса».
В течение многих лет ученые по всему миру были сосредоточены на сложных деталях яда, надеясь найти способ превратить человеческую боль в выгоду — и мы рассмотрели многие из открытий. К ним относятся изучение молекул в укусах пчел и ос, а также токсинов пауков и скорпионов.
И хотя мы знаем, что существует связь между токсинами и нервными клетками, которые вызывают у жертвы боль и дискомфорт (или что-то похуже), команда UQ обнаружила, что не все яды в животном мире созданы равными.
«Я стал более активно заниматься исследованием пептидов яда, поскольку меня больше интересовали ионные каналы, на которые часто нацелены пептиды», — сказал Керамидас. «Мы обнаружили, что пептиды яда из укусов муравьев структурно отличаются от пептидов из ядов других членистоногих. Пептиды яда муравьев также влияют на ионные каналы уникальным и даже немного странным образом».
В последнем исследовании ученые сосредоточились на ионных каналах, или потенциалзависимых натриевых каналах. Этот путь играет решающую роль в том, как ощущается боль после укуса или ужаления.
«Этот канал является ключевым молекулярным медиатором электрических сигналов в мозге и сенсорных нейронах, которые передают боль», — сказал Керамидас. «Результаты новой статьи раскрыли механизм действия, который никогда ранее не наблюдался и может быть уникальным для этих типов ядовитых пептидов».
Подобно человеческому мозгу, сложность передачи болевых сигналов огромна, включает множество сопутствующих факторов и является высоко персонализированной. Однако понимание боли на молекулярном, биохимическом уровне повышает наши шансы на разработку более эффективных лекарств и методов лечения, нацеленных на конкретные механизмы, такие как чрезмерная стимуляция натриевых каналов.
«Стратегии лечения направлены на конкретные причины боли, и поскольку причин много, будет больше, чем одно точное лечение», — сказал Керамидас New Atlas. «Конечно, есть причины боли, которые более распространены в обществе, чем другие, поэтому будут методы лечения, которые принесут пользу большинству людей. На данный момент мы заинтересованы в понимании того, что происходит на молекулярном уровне. По мере развития нашего понимания это, вероятно, вдохновит на новые стратегии облегчения боли».
Австралийский зеленоголовый муравей имеет много общего с западноафриканским муравьем на молекулярном уровне
Университет Квинсленда
И хотя это может показаться микроскопическим, кропотливо медленным прогрессом, есть веские основания ожидать, что такого рода исследования и разработка лекарств ускорятся благодаря технологиям. В конце концов, система искусственного интеллекта AlphaFold2 помогла ученым раскрыть 50-летнюю тайну структуры белка, что принесло им Нобелевскую премию по химии в этом году.
По словам Керамидаса, мы только начинаем раскрывать огромный потенциал научных исследований и разработок с помощью ИИ.
«Если алгоритмы ИИ помогут нам перепроектировать природные пептиды, которые производят только желаемые эффекты на ионных каналах, то точное лечение множества неврологических расстройств будет достигнуто быстрее», — добавил он. «Эта технология уже запущена. Вероятно, в ближайшем будущем мы увидим больше препаратов на основе искусственного интеллекта, включая пептиды».
Исследование было опубликовано в Журнале биологической химии.