Нанотела из лам и альпак помогли составить антидот против яда семнадцати видов змей.

Змеиный яд обезвреживают антителами: они взаимодействуют с токсичными молекулами и не дают им выполнять их токсичную работу. Сами антитела берут у животных: лошадям или, например, овцам вводят яд – естественно, в таком количестве, чтобы они остались живы – и их иммунитет вырабатывает антитела против змеиных молекул. Нужные антитела очищают из крови животных, делая из них антидот.

Зелёная мамба – одна из змей, укус которой для человека может быть смертелен. (Фото: safaritravelplus / Wikimedia) 

Этот метод изобрели в конце XIX в., и с тех пор он в существенных чертах не менялся, несмотря на некоторые ощутимые минусы. Во-первых, таким способом получают противоядия, которые годятся только в определенной местности. С одной стороны, как будто всё правильно: зачем, к примеру, жителям Южной Америки антидот к яду королевской кобры, которая живёт в Южной и Юго-Восточной Азии? С другой стороны, в одном регионе могут жить несколько видов ядовитых змей, причём на разных территориях внутри этого региона их встречаемость может отличаться. Далеко не всякий человек способен точно определить, кто его укусил, даже если у него была возможность разглядеть змею. Поэтому приходится делать сугубо региональные противоядия, которые учитывают особенность конкретной территории в смысле населяющих её змей и которые за пределами этой территории будут не очень полезны.

У разных животных, от которых получают антитела, иммунитет реагирует на змеиные молекулы, пусть не очень сильно, но по-разному. Такие индивидуальные отличия приходится учитывать, то есть необходимо выяснять, насколько антидот, полученный от одной овцы, эффективен по сравнению с антидотом от другой овцы. Наконец, человеческий иммунитет видит в антителах противоядия чужеродные белки, от которых нужно избавиться. Если противоядие достаточно эффективно, побочными эффектами можно пренебречь. Но если оно не очень эффективно, если его нужно много, то тут возникают проблемы, связанные с иммунной реакцией на антидот.

Рано или поздно у исследователей должна была возникнуть мысль об универсальном противоядии, которое работало бы сразу против многих змей. Число компонентов змеиного яда исчисляется десятками и сотнями; очень многие белки в нём вносят свой вклад в общий эффект. Но при этом среди них есть всего несколько ключевых составляющих, которые в наибольшей степени обуславливают токсичное действие яда. Речь не об отдельных белках, а о группах белков – нейротоксинов, фосфолипаз, протеаз и т. д. Не нужно сотен антител, нужно всего несколько, чтобы обезвредить главные отравляющие вещества. Правда, даже если два вида змей используют один и тот же яд, то есть один и тот же коктейль веществ, действующих одинаково, в деталях отравляющие вещества у них могут отличаться. 

Токсичные ферменты у разных видов змей, катализируя одну и ту же реакцию, обычно имеют некоторые структурные особенности, из-за которых антитела, взаимодействующие с одним токсином, не видят другой, пусть даже очень родственный первому. Но антитела могут формироваться к разным частям молекулы. Внутри белковых групп, выполняющих одну и тут же функцию, есть постоянные черты, которые обуславливают их одинаковый эффект. Антитела, которые формируются против таких общих признаков, обезвреживают целую группу схожих токсинов. Антитела широкого спектра действия (или «широко обезвреживающие антитела») действительно появляются в иммунной системе, и теоретически можно получить противоядие к токсинам сразу нескольких видов змей.

Сотрудники Датского технического университета получили такое противоядие с помощью лам и альпак. Ламы и альпаки часто встречаются в иммунологических исследованиях, потому что их иммунитет (и в целом иммунитет верблюдовых), кроме обычных антител, производит уменьшенную их версию, называемую нанотелами. Антитела – довольно большие белковые молекулы, состоящие из нескольких полипептидных цепей. У нанотел некоторых из этих цепей нет, благодаря чему они более мобильны и лучше проникают в ткани; притом действуют они так же, как обычные антитела. Исследователи иммунизировали лам и альпак ядом восемнадцати змей семейства Аспидовых с разными ядами: например, если мамбы отравляют жертву преимущественно нейротоксинами, то у кобр отравляющие вещества повреждают клеточные мембраны, убивают клетки и разрушают живую ткань.

Ламы и альпаки произвели много нанотел, но выбрали из них только восемь. Исследователи использовали метод фагового дисплея – подробности мы опустим (мы их описывали в материале о Нобелевской премии 2018 года, которую вручили за этот метод), скажем только, что с помощью фагового дисплея можно, так сказать, получить на руки молекулу нуклеиновой кислоты, в которой закодирован интересующий нас белок. Не всегда можно прочесть абсолютно все содержащиеся в биологическом образце нуклеиновые фрагменты, в которых может быть код интересующих нас белков, и не всегда можно узнать детальную последовательность аминокислот в белке, просто работая с самой белковой молекулой. Фаговый дисплей как раз позволяет, используя свойства белка, физически вытащить из исходного образца нуклеиновую кислоту, которая ему соответствует.

Дальше, прочитав нуклеиновую кислоту и узнав код интересующего нас белка, можно наработать его в биологических фабриках – в бактериальных клетках или, например, в дрожжах, снабдив их соответствующими генетическими инструкциями. Именно так исследователи и изучали антизмеиные нанотела из лам и альпак. Восемь нанотел составили в коктейль, который успешно защищал мышей от яда семнадцати из восемнадцати исходных змей. Мыши не просто выживали – комбинированная сыворотка лучше защищала ткани от повреждения токсинами по сравнению с некоторыми другими противоядиями. Статья с результатами экспериментов опубликована в Nature.

Дело не только в том, что подтвердились предположения о противоядиях широкого спектра действия. Нанотела в том виде, в котором их сейчас получили, легко производить биотехнологическими методами, без иммунизации животных, и легко комбинировать в новые варианты смеси-антидота. И сами нанотела можно модифицировать, делая их более стабильными и менее раздражающими для собственного человеческого иммунитета (ведь они всё-таки остаются для нас чужеродными белками).

На самом деле, если говорить о полизмеиных противоядиях, то это всё же не первая работа, в которой речь идёт о чём-то подобном. В мае мы писали о том, как в крови одного ловца змей, который за свою профессиональную карьеру перенёс множество змеиных укусов, удалось найти два антитела широкого спектра действия против змеиных нейротоксинов. Итоговый препарат защищал от яда тринадцати видов змей, но по разным причинам он от готового противоядия отстоит дальше, чем новая смесь ламовых и альпачьих нанотел.