«Вы смотрите, какие яды делают животные, чтобы повлиять на физиологию своей добычи, и используете это в качестве отправной точки», — говорит она. "Вы можете почерпнуть новые идеи из ядов. Иметь что-то, что уже было развито — это огромное преимущество."
Вместе с коллегами из Австралии в исследовании приняли участие биохимики Дэнни Чоу и Мария Дисотуар, а также биологи Джоанна Гаевяк и Бальдомеро Оливера.
Маленький и быстрый
Человеческий инсулин — это гормон, который вырабатывается поджелудочной железой и секретируется, чтобы способствовать усвоению организмом глюкозы. Молекула инсулина состоит из области «А» и области «В». Расстройства сахарного диабета возникают из-за нарушения нормального производства инсулина организмом. Самое эффективное лечение диабета — инъекции синтетического инсулина.
Но часть области B заставляет молекулы инсулина слипаться и образовывать скопления из шести молекул инсулина. Так инсулин хранится в поджелудочной железе.
Но введенный инсулин должен дезагрегироваться на отдельные молекулы, прежде чем принесет человеку хоть какую-то пользу — и этот процесс может занять до часа. Самому быстродействующему инсулину на рынке, Хумалог, требуется 15-30 минут, чтобы стать активным. «Идеальным сценарием было бы вывести регион из цепочки B», — говорит Сафави. "Но тогда вы полностью отменяете активность инсулина."
Чоу, Сафави и его коллеги обнаружили, что инсулин, продуцируемый конусной улиткой Conus geographus, не имеет сегмента B-региона, который вызывает агрегацию. Тесты на рецепторы инсулина в лаборатории показали, что, хотя инсулин улитки был менее эффективен, чем человеческий инсулин, он все еще был эффективен и, возможно, мог начать действовать через пять минут.
Инсулин как оружие
Улитка Conus geographus — хищная улитка-конус, поедающая рыбу. C. geographus и его родственники разработали сложные смеси ядов, чтобы быстро парализовать добычу. Некоторые улитки используют яд, чтобы перегрузить нервную систему рыбы, вызывая у нее "эксайтотоксический шок"."Другие, в том числе C. geographus, вместе с другими соединениями выделяют в воду инсулин, в результате чего уровень сахара в крови у близлежащих рыб резко падает, что приводит к гипогликемическому седативному эффекту.
Как только рыба оглушена, улитка заглатывает и съедает ее.
В 2015 году Сафави и профессор биологии U Baldomero Olivera описали C. так называемый "боевой инсулин" geographus, подходящий для быстрого действия.
В соответствующей статье, опубликованной в августе. 16 в книге «Молекулярная биология и эволюция» Сафави и его коллеги описывают, как инсулины, использованные в качестве оружия, быстро эволюционировали, чтобы более эффективно воздействовать на добычу.
«Это имеет смысл, потому что улитка должна очень быстро вызывать инсулиновый шок у своей добычи рыбы, поэтому она разработала что-то очень быстро действующее», — говорит Сафави.
Инсулин улитки на практике
По словам Сафави, изучение структуры инсулина шишечной улитки может помочь исследователям модифицировать человеческий инсулин, чтобы он потерял самоагрегацию, но сохранил свою эффективность. "Теперь мы можем взглянуть на человеческий инсулин и посмотреть, сможем ли мы сделать его более похожим на улитку."
Команде по-прежнему необходимо провести дополнительные эксперименты, чтобы измерить, как быстро будет работать инсулин улитки или модифицированный человеческий инсулин при введении в организм. Рыба поражается почти мгновенно, потому что инсулин проходит через жабры. У людей этот процесс может занять на несколько минут дольше.
Чжоу изучает человеческий инсулин для использования в устройстве искусственной поджелудочной железы, которое может автоматически доставлять инсулин в ответ на изменение уровня сахара в крови, так же, как это делает естественный орган. Первое поколение такого устройства может появиться в продаже уже в следующем году. Инсулин конусной улитки, хотя «все еще не так хорош, как мы хотим, для использования человеком», — говорит Чоу, — может заменить нынешний быстродействующий инсулин, используемый для развития искусственной поджелудочной железы.
Био-вдохновение
«Это действительно обучение у природы», — говорит Чжоу.
Сафави соглашается. "Люди думают, что делать наркотики легко", — говорит она. "Но с чего начать? Вы должны иметь какое-то представление о том, как должно выглядеть лекарство, какими свойствами оно должно обладать, поэтому создавать новые лекарства очень сложно. Вот почему мы используем систему яда улитки."