Modul în care broaștele otravitoare se împiedică să se otrăvească este complicat

Vizualizați videoclipul

Pentru unele broaște otrăvitoare, obținerea rezistenței la una dintre propriile toxine a avut un preț.

Modificarea genetică care conferă unui grup de broaște imunitate la o toxină deosebit de letală, de asemenea, perturbă un mesager chimic cheie din creier. Dar broaștele au reușit să evite efectul secundar potențial dăunător prin alte modificări genetice, raportează cercetătorii în 22 septembrie. Ştiinţă.

În timp ce alte studii au identificat modificări genetice care conferă broaștelor rezistență la anumite toxine, acest studiu „vă permite să vă uitați sub capotă” pentru a vedea efectele complete ale acestor schimbări și modul în care broaștele compensează, spune Butch Brodie, biolog evoluționist la Universitate. din Virginia din Charlottesville care nu a fost implicată în cercetare.

Multe broaște otrăvitoare poartă cocktailuri de molecule de alcaloizi toxici în piele ca o apărare împotriva prădătorilor (SN Online: 24.03.14). Aceste toxine, preluate prin alimentația broaștelor, variază în funcție de specie. Aici, cercetătorii au studiat broaștele care poartă epibatidină, o substanță atât de otrăvitoare încât doar câteva milioane de grame pot ucide un șoarece.

Studiile anterioare au arătat că broaștele otrăvitoare au devenit rezistente la toxinele pe care le transportă amfibienii, încurcându-se cu proteinele de care se leagă aceste toxine în organism. Schimbarea anumitor blocuri proteice sau aminoacizi modifică forma proteinei, ceea ce poate împiedica agățarea toxinelor. Dar efectuarea acestei schimbări ar putea avea și efecte secundare neintenționate, spune coautorul studiului Rebecca Tarvin, biolog evoluționist la Universitatea din Texas din Austin.

De exemplu, toxina epibatidina se leagă de proteinele care sunt de obicei vizate de acetilcolină, un mesager chimic necesar pentru funcționarea normală a creierului. Așa că Tarvin și colegii ei s-au uitat la modul în care această proteină a receptorului de acetilcolină diferă între speciile de broaște otrăvitoare care sunt rezistente la epibatidină și unele dintre rudele lor apropiate care nu sunt.

GIMNASTICA GENETICA La unele broaște otrăvitoare, evoluția rezistenței la toxina epibatidină le protejează de propria lor otravă. Dar acea imunitate se încurcă și cu un mesager chimic important din creier. Din fericire, broaștele au găsit o modalitate de a contracara efectul secundar nedorit. R. Tarvin

Identificarea diferențelor dintre broaștele din aminoacizii proteinei receptorului a permis cercetătorilor să testeze în mod sistematic efectele fiecărei modificări. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au introdus instrucțiunile genetice pentru aceeași proteină la oameni, care nu sunt rezistenți la epibatidină, în ouă de broaște. Cercetătorii au înlocuit apoi aminoacizi selecționați din codul uman cu diferite substituții de broaște otravitoare pentru a găsi un „comutator” de aminoacizi care ar face ca proteina receptoră rezultată să fie rezistentă la epibatidină.

Dar rezistența la epibatidină nu a fost o afacere simplă, s-a dovedit. „Am observat că înlocuirea unuia dintre acești aminoacizi la om [protein] a făcut-o rezistentă la epibatidină, dar i-a afectat și interacțiunea cu acetilcolina”, spune coautorul studiului Cecilia Borghese, neurofarmacolog și la Universitatea Texas din Austin. „Ambele se leagă în exact aceeași regiune a proteinei. Este o situație foarte delicată.” Adică, modificarea aminoacizilor care a făcut ca proteina receptorului să fie rezistentă la epibatidină a îngreunat atașarea acetilcolinei, împiedicând potențial capacitatea mesagerului chimic de a-și face treaba.

Dar broaștele în sine nu par afectate. Acest lucru se datorează faptului că alte înlocuiri de aminoacizi în altă parte a proteinei receptorului par să fi compensat, au descoperit Borghese și Tarvin, creând o proteină care nu va lăsa toxina să se blocheze, dar care încă răspunde normal la acetilcolină.

Schimbarea aminoacizilor care dă rezistență pare să fi evoluat de trei ori separat la broaștele otravitoare, spune Tarvin. Trei linii diferite de broaște au rezistență la otravă și toate au obținut această imunitate prin apăsarea aceluiași comutator. Dar modificările de aminoacizi care readuc un răspuns normal la acetilcolină nu sunt aceleași în cele trei grupuri.

„Este o convergență grozavă că aceste alte comutatoare nu au fost identice, dar toate par să recupereze această funcție”, spune Brodie.