Американские ученые выяснили, каким образом живущим в Северной Америке грызунам – кузнечиковым хомячкам (Onychomys) – удается есть скорпионов и не чувствовать боли. Они последовательно проследили за происходящим в организме мышей на уровне целого грызуна и его поведения, нервных клеток и, наконец, отдельных молекул.
Кузнечиковые хомячки – дальние родственники обычной домовой мыши, живут на юго-западе США и в Мексике, в пустыне. Собственно, в местах, где они живут, мало еды, а скорпионов много. Охотиться на скорпионов проблематично из-за яда, который большинства грызунов, во-первых, вызывает сильную боль, а, во-вторых, иногда и вовсе смертелен. В 2008 году двое исследователей, входящие в группу, опубликовавшие данную статью, показали, что для двух видов кузнечиковых хомячков яд скорпионов не смертелен, но механизмы этого не были выяснены. Понятно только, что такое приобретение очень выгодно в эволюционном смысле, потому что позволяет есть еду, которая больше не может эффективно сопротивляться, и которую не ест никто другой.
Понятно, что не умирать – всегда полезно. А полезно ли не чувствовать боль? Эволюция редко идет таким путем. Боль играет важную роль в обучении, формировании поведения, выработке условных рефлексов. Кроме того, боль служит предупреждением о том, что здесь опасно и отсюда надо убраться как можно быстрее. Например, мы отдергиваем руку от горячего быстрее, чем успеваем что-то сообразить – из-за того, что нам больно. В северном Пакистане живут три семьи с похожими мутациями, носители этих мутаций абсолютно нечувствительны к боли. Их представители зарабатывали на жизнь фокусами вроде хождения по углям или протыкания себя ножами. У них еще в раннем детстве были прокушены или откушены языки и губы, множество шрамов, неправильно сросшихся переломов. Проблем с осязанием и умственным развитием – никаких. Один из них погиб в 14 лет в результате прыжка с крыши.
У всех этих людей есть мутация в гене, который кодирует белок, образующий определенного типа натриевый канал – молекулу, встроенную в клеточную мембрану, через которую проходят ионы натрия в зависимости от разности потенциалов внутри и вне клетки. Благодаря работе этих каналов происходит формирование нервных импульсов. Каналов именно этого типа особенно много в нейронах, ответственных за ощущение боли.
Но вернемся к грызунам. Сначала авторами было проанализировано поведение грызунов в ответ на введение небольшого количества скорпионьего яда. Контрольные домовые мыши еще долго облизывали место инъекции, в то время как кузнечиковые хомячки облизнули несколько раз и перестали. В следующем эксперименте ученые сначала вводили грызунам яд скорпиона, а затем проводили стандартный тест на способность испытывать боль. Выяснилось, что у хомячков введение яда прекращает проведение болевых сигналов соответствующими нервными клетками.
Анализ событий на молекулярном уровне показал, что яд скорпионов блокирует работу одного из натриевых каналов, необходимых для распространения болевого сигнала. Всего для передачи сигнала нужны каналы двух типов. Первые, аналогичные тем, что не работают у нечувствительных к боли пакистанцев, запускают сигнал, а вторые передают его дальше. Первые каналы активируются ядом и у мышей, и у хомячков, зато вторые каналы у хомячков оказались заблокированы скорпионьим ядом.
Почему яд блокирует каналы у хомячков, но не блокирует у мышей или других грызунов? Все дело в двух аминокислотах, расположенных у входа в канал у хомячков. Генно-инженерная замена у мышей их собственных аминокислот в этом месте на аминокислоты хомячков сделала и мышей нечувствительными к скорпионьему яду.
Эта работа с многих точек зрения показательна. Во-первых, она в очередной раз показывает, что у многих событий макромира есть причины на клеточном и молекулярном уровне, и что их можно установить. Во-вторых, работа демонстрирует, как несколько мутаций в одном гене дают важное эволюционное преимущество: многие виды кузнечиковых хомячков имеют ареал распространения, совпадающий с ареалом распространения тех скорпионов, к яду которых они нечувствительны. В-третьих, раньше в качестве мишени для болеутоляющих лекарств рассматривались только каналы, запускающие болевой сигнал. Из этой работы видно, что каналы, распространяющие сигнал дальше, тоже прекрасно подойдут. Возможно, у фармацевтов теперь появится новая мишень.
