Могут ли люди стать ядовитыми?

Если не считать генов токсинов, то в наших клетках есть весь необходимый молекулярный аппарат, чтобы производить огромные количества ядовитых белков.

Среди млекопитающих очень мало ядовитых: утконосы, некоторые насекомоядные (щелезубы, куторы и бурозубки), летучие мыши-вампиры и толстые лори. Однако, если сравнивать со змеями или, скажем, пауками, то «по-настоящему» ядовитыми среди зверей окажутся только некоторые виды насекомоядных: у них яд вырабатывается в слюнных железах и попадает в жертву при укусе – так же, как это происходит у змей. Скорее всего, ядовитые щелезубы, куторы и бурозубки используют яд для охоты, хотя тут есть и другие гипотезы.

Что до утконосов, то их знаменитые ядовитые шпоры на задних лапах используются против врагов, а также во время дискуссий с конкурентами во время сезона размножения. Рукокрылые-вампиры считаются ядовитыми, потому что у них в слюне есть антикоагулянт: когда вампир пьёт кровь, ему важно, чтобы она не сворачивалась, пока он не поест.

Токсин толстых лори – это аллерген, который опять-таки используется против врагов и против конкурентов, претендующих на территорию, еду и т. д. Есть ещё звери вроде косматого хомяка или тенреков, которые наносят растительные токсины себе на шерсть, чтобы их никто не трогал. В общем, среди звериных ядов  очень и очень мало примеров по-настоящему охотничьих ядов, с помощью которых добычу обездвиживают либо сразу убивают, чтобы её можно было спокойно съесть.

Складывается впечатление, что для зверей ядовитость просто не их тема. Однако, как пишут в PNAS исследователи из Окинавской высшей школы науки и технологии и Австралийского национального университета, это на самом деле не так. Если взглянуть на гены мышей и людей, то мы увидим, что и человек, и мышь вполне могли бы стать ядовитыми в духе змей. Речь не о том, что у нас вдруг обнаружились тайные токсины в слюне. Авторы работы искали не готовые токсины, но белки, которые могли бы помочь им появиться.

Клетки, синтезирующие токсин, синтезируют его в очень большом количестве. Клетка может просто сломаться от того, что в ней оказалось слишком много одного и того же белка: белковые молекулы из-за высокой концентрации начнут слипаться друг с другом, образуя нерастворимый осадок, причём слипаться они начнут уже в процессе собственного синтеза. Этого можно избежать, если молекулы белков-токсинов будут обслуживать другие белки, которые будут следить, чтобы избыток белка не вредил клетке.

Дело не в том, что токсины – это токсины, а в том что их молекул синтезируется слишком много. Известно, что функция любого белка зависит от его трёхмерной конфигурации, а трёхмерная конфигурация определяется последовательностью аминокислот. Обычно белок сам способен свернуться в правильную форму, но в особых условиях – например, когда концентрация белка очень высока – молекулы сворачиваются неправильно и выполнять свою функцию не могут. Клетка заполняется белковым мусором и быстро погибает. Специальные «сервисные» белки как раз помогают другим белкам свернуться в правильную трёхмерную форму даже в непростых условиях.

Иными словами, чтобы стать ядовитым, одного токсина мало – нужна ещё инфраструктура: молекулярная система, которая бы делала возможным синтез огромного количества яда и его хранение. В змеиных клетках такая инфраструктура есть: исследователи обнаружили в геноме ядовитой острочешуйной куфии около 3 тыс. генов, которые защищают от молекулярного стресса ядовитые клетки. Но оказалось, что похожая система есть и у зверей, в том числе и у человека.

Конечно, наши гены отличаются от змеиных, но функции у них те же. Сейчас они работают с другими белками. Но если бы наши слюнные железы начали синтезировать какой-нибудь яд, то у нас бы сразу включилась та самая система, которая позволяет клеткам не боясь производить огромные количества белка и неопределённое время хранить его в себе – пока не возникнет потребность кого-нибудь укусить. (Тут можно заметить, что у нас есть клетки, синтезирующие огромные количества гормонов, однако гормоны всё же синтезируются «по запросу», а не про запас, и клетка от гормонов быстро избавляется.)

Иными словами, мышь, или собака, или человек могут стать ядовитыми в том смысле, что у них есть молекулярная система, которая будет обслуживать синтез токсина. В этом смысле ядовитые насекомоядные не выглядят таким уж сильным исключением среди зверей. Яд в их слюне достаточно прост и не сравнится со сложнейшими коктейлями змеиных токсинов. Но если условия среды изменятся так, что экологическое преимущество получат особенно ядовитые щелезубы (или особенно ядовитые собаки), их клетки будут к этому готовы.