Яд насекомых кажется наименее вероятным вариантом для избавления людей от боли. Но понимание принципов, как именно маленький муравей может причинить сильную боль – это фундамент для исследования природы его яда и создания на его основе мощных обезболивающих.

Муравьи, боль, обезболивающее

Исследователи из Университета Квинсленда (UQ) подробно описали, как работает токсин западноафриканского муравья Tetramorium africanum, и как его гиперактивность в клеточных натриевых каналах умудряется причинять такую сильную боль жертвам. Понимание этих принципов открыло путь и перспективы к целенаправленному лечению боли.

Пептиды, полученные из яда муравьев и родственных им членистоногих, таких как пчелы и осы, это богатый и неиспользованный источник интересных молекул, которые нейробиологи используют в качестве инструментов для понимания того, как работают мишени ионных каналов. Также это приоритетные молекулы для разработки лекарств от неврологических расстройств, таких как хроническая боль и эпилепсия.
Доктор Анджело Керамидас из Института молекулярной биологии Университета Квинсленда в интервью New Atlas.

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 электрическое перевозбуждение, исследователи раскрыли механизм, лежащий в основе укуса, вызывающего такой дискомфорт. Это открытие – часть долгосрочного исследования ядов в университете, что на шаг приближает к поиску эффективного способа блокирования острых и хронических болевых сигналов. Если растительные адаптогены помогают мозгу, то можно использовать и потенциал насекомых для тела.

Прямая речь в этом разделе

Используя электрофизиологию, мы смогли увидеть, что токсин связывается с натриевым каналом и захватывает встроенный механизм активации канала, вызывая гиперактивность.

В результате происходит наплыв отрицательных ионов, притянутых к каналу, и отталкивание положительных ионов, что влечет за собой усиление гиперактивности натриевого канала — явление, которое мы никогда раньше не наблюдали.

Эта гиперактивность вызывает непрерывную активацию болевого сигнала, что объясняет дикую боль от укуса муравья. Яд активирует несколько каналов в мембране нервных клеток, и они остаются активными в течение очень долгого времени, а их нормальное состояние нельзя просто «восстановить». Мы считаем, что эта чрезмерная стимуляция в конечном итоге вызывает онемение в месте укуса.

Доктор Анджело Керамидас

От яда до противоядия

В течение многих лет ученые по всему миру были сосредоточены на сложных деталях яда, надеясь найти способ превратить человеческую боль в выгоду. Уже есть немало исследований по влиянию на самочувствие человека молекул в яде пчел и ос и пауков.

На сегодня достоверно известно о связях между токсинами и нервными клетками, и что определенное влияние токсинов вызывает у жертвы боль и дискомфорт. Однако в этом исследовании ученые Университета Квинсленда делают акцент на различии механизмов действия ядов животного мира.

В последнем исследовании ученые сосредоточились на ионных каналах или потенциалзависимых натриевых каналах. Этот путь играет решающую роль в том, как ощущается боль после укуса.

Прямая речь в этом разделе

Я стал более активно заниматься исследованиями пептидов яда, поскольку меня больше интересовали ионные каналы, на которые часто воздействуют пептиды. Мы обнаружили, что пептиды яда муравьев структурно отличаются от пептидов ядов других членистоногих. Пептиды яда муравьев также влияют на ионные каналы уникальным и даже немного странным образом.

Этот канал – ключевой молекулярный посредник электрической сигнализации в мозге и сенсорных нейронах, которые передают боль. Результаты новой статьи раскрыли механизм действия, который никогда ранее не наблюдался и может быть уникальным для этих типов ядовитых пептидов.

Стратегии лечения направлены на конкретные причины боли, и поскольку причин много, то и вмешательства происходят на разных уровнях. Конечно, есть причины боли, которые более распространены в обществе, чем другие, поэтому будут методы лечения, которые принесут пользу большему количеству людей. На данный момент мы изучаем детали этих процессов на молекулярном уровне. По мере развития нашего понимания этих процессов, будут сформированы новые стратегии облегчения боли

Доктор Анджело Керамидас

Передача сигналов. Боль и не только

Подобно человеческому мозгу, сложность передачи болевых сигналов огромна, включает множество сопутствующих факторов и высоко персонализирована. Однако понимание боли на молекулярном, биохимическом уровне повышает наши шансы на разработку более эффективных лекарств и методов лечения, нацеленных на конкретные механизмы, например, на чрезмерную стимуляцию натриевых каналов.

И хотя этот шаг может показаться микроскопическим, кропотливо медленным для прогресса, есть веские основания ожидать, что такого рода исследования и разработка лекарств ускорятся благодаря технологиям. В конце концов, система искусственного интеллекта AlphaFold3 отлично справляется с прогнозированием и моделированием белковых структур.

По словам Керамидаса, мы только прикоснулись к огромному потенциалу научных исследований и разработок с использованием ИИ.

Если алгоритмы ИИ помогут нам перепроектировать природные пептиды, которые будут производить только желаемые эффекты в ионных каналах, то точное лечение целого ряда неврологических расстройств будет достигнуто гораздо быстрее. Эта технология уже запущена. Вероятно, в ближайшем будущем мы увидим больше лекарств созданных при помощи ИИ-дизайна, включая пептиды.
Доктор Анджело Керамидас

Как всегда, больше о прогрессе на грани науки и фантастики, сознании, мозге, психике – читайте в материалах сообщества. Подписывайтесь, чтобы не пропустить свежие статьи!

Муравьиный яд, пептиды, боль