Павуки, відомі своїми отруйними здібностями, використовують хімічний арсенал, щоб зловити здобич і захистити себе. У той час як невеликі нейротоксини, що вражають центральну нервову систему своїх жертв, інтенсивно вивчалися, вчені з Німеччини перемістили свою увагу на ферменти, присутні в складному коктейлі отрути.
Експерти виявили величезну різноманітність білків, які полегшують біохімічні реакції. На думку дослідників, ці ферменти можуть мати значну цінність для біоекономічних застосувань.
Павуки виробляють складну отруту
Маючи приблизно 52 000 видів у всьому світі, павуки надзвичайно різноманітні та виробляють одні з найскладніших тваринних отрут. Отрута одного виду може містити понад 3000 молекул, переважно невеликих нейротоксинів, які використовуються для знищення комах.
Команда дослідників із Центру LOEWE TBG Інституту молекулярної біології та прикладної екології Фраунгофера, відділення біоресурсів (IME-BR) у Гіссені, Німеччина, дослідила ці компоненти отрути павуків, якими раніше не звертали уваги, і зробила дивовижне відкриття. Фахівці виявили, що крім нейротоксинів отрута павука також містить широкий спектр ферментів.
Ферменти в отруті павука
Співавтор дослідження Тім Люддеке є керівником робочої групи Animal Venomics в IME-BR у Гіссені.
«У минулому кілька піонерських досліджень припускали наявність ферментів в отрутах павуків, але цілеспрямований пошук їх ніколи не проводився», — сказав Люддеке. «Ми взялися за це завдання та систематично перевіряли необроблені дані всіх павуків, проаналізованих на отруту, на ферменти. Ми змогли показати, що насправді в їх отруті міститься понад 140 різних родин ферментів».
Хімічна різноманітність отрути павуків
Люддеке зауважив, що хімічне різноманіття отрут павуків досі різко недооцінюється, оскільки всі розрахунки складності базуються лише на нейротоксинах. На думку експертів, отримані результати не тільки дозволяють нові дослідницькі підходи для кращого розуміння еволюції та функції отрути павуків, але й відкривають нові перспективи для їх використання.
«Ферменти є ключовими будівельними блоками біоекономіки. Вони прискорюють хімічні реакції та характеризуються дуже низьким утворенням побічних продуктів, низьким споживанням енергії та здатністю до біологічного розкладання», — пояснила перший автор дослідження Джозефін Дреслер. «Тому їх можна використовувати для створення цінності в дуже екологічний спосіб. Промисловість постійно шукає нові джерела ферментів».
Відкриття нового напряму досліджень
Дреслер зазначив, що деякі з ферментів, визначених у дослідженні, можуть використовуватися в миючих засобах або утилізації відходів через їх властивості розщеплювати жир або руйнувати білок. «Вони могли б зробити значний внесок у стійку трансформацію там».
«Поки що спільнота дослідників отрути павуків зосереджена виключно на застосуванні в медицині чи сільському господарстві. Наше відкриття відкриває можливість створити абсолютно нову область прикладних досліджень», — сказав Люддеке.
«Але ми тільки на початку, оскільки менш ніж 1% усіх видів павуків були вивчені на їхню отруту. Я впевнений, що ми зробимо ще більше захоплюючих відкриттів щодо решти 99% світової фауни павуків».
За словами дослідників, дослідження виявило значні розбіжності між загальнодоступними базами даних і публікаціями щодо покриття ферментів, що перешкоджає розробці нових застосувань на основі ферментів отрути павуків.
«Виявлення раніше невідомої кількості та різноманітності ферментів отрути відкриє нові шляхи для біовідкриттів отрути павуків», – підсумували автори.
Застосування ферментів отрути павуків
Завдяки своїм унікальним біохімічним властивостям ферменти в отруті павуків мають різні потенційні застосування в медицині та біотехнології. Деякі потенційні програми включають:
Знеболюючі
Деякі ферменти отрути павуків націлені на нервові канали, що робить їх потенційними кандидатами для розробки неопіоїдних знеболювальних. Наприклад, пептиди з отрути можуть блокувати рецептори болю без побічних ефектів звикання.
Лікування раку
Певні ферменти в отруті павука можуть вибірково націлюватися на ракові клітини. Дослідження показали, що ці ферменти можуть руйнувати клітинні мембрани або пригнічувати проліферацію клітин, що робить їх потенційними інструментами для лікування раку.
Нейропротекторні засоби
Деякі ферменти отрути захищають нервові клітини, блокуючи токсичні білки, пов’язані з нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера або Паркінсона, пропонуючи можливий терапевтичний підхід.
Протимікробні засоби
Ферменти отрути павуків можуть руйнувати клітинні стінки бактерій, що можна використовувати для розробки нових антибіотиків, особливо для боротьби з бактеріями, стійкими до антибіотиків.
Згортання крові
Деякі ферменти отрути павуків можуть сприяти або запобігати згортанню крові. Це може бути корисним для розробки методів лікування захворювань крові, таких як гемофілія (сприяння згортанню) або для антикоагулянтів для запобігання утворенню тромбів.
Інсектициди
Оскільки отрута павуків дуже ефективна для знерухомлення або знищення комах, ферменти з отрути можуть бути використані для розробки екологічно чистих інсектицидів для боротьби зі шкідниками. Дослідження опубліковано в журналі Biodiversity.