在?？行纬纱碳?xì)胞的多階段遺傳過(guò)程可以激發(fā)一種將藥物輸送到人體內(nèi)的新方法。它是一個(gè)工作領(lǐng)域的一部分，它研究毒液及其在動(dòng)物身上產(chǎn)生的方式如何用于為人類(lèi)創(chuàng)造拯救生命的治療方法。

印度班加羅爾印度科學(xué)研究所生態(tài)科學(xué)中心的Kartik Sunagar博士正在研究毒液傳遞系統(tǒng)的起源。他說(shuō)盡管科學(xué)已經(jīng)開(kāi)始掌握哪些基因編碼致命毒素的產(chǎn)生，但對(duì)于有毒生物如何進(jìn)化出將毒液排入獵物所需的武器庫(kù)卻知之甚少。

大多數(shù)物種依賴于尖牙，喙或尖刺，但是今天地球上一些最古老的有毒物種仍然通過(guò)一個(gè)歷史悠久的替代品來(lái)運(yùn)送它們的有效載荷。

超過(guò)6億年前，被稱為刺胞動(dòng)物的水母，珊瑚和?？裙爬衔锓N進(jìn)化出了一種中毒獵物的生物機(jī)械方法。他們的細(xì)胞將毒液鎖定在故障安全的分子膠囊內(nèi)，以40 000G的力(加速地球引力)將它們加速到目標(biāo)中，使其成為自然界中觀察到的最快的生物力學(xué)過(guò)程之一。

“刺胞動(dòng)物是唯一使用刺痛細(xì)胞注射毒液的動(dòng)物，”Sunagar博士說(shuō)。他正在對(duì)海葵進(jìn)行基因工程，以產(chǎn)生熒光刺痛細(xì)胞。該顏色標(biāo)記可以篩選任何涉及毒液傳遞的蛋白質(zhì)，提供前所未有的洞察海葵如何制造刺痛細(xì)胞，以及它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用。

兩年來(lái)，Sunagar博士作為歐盟資助的以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)研究員，研究了?？卸疽鹤⑸浼?xì)胞的遺傳發(fā)育。他發(fā)現(xiàn)這些生物中的干細(xì)胞遵循特定基因組的指示，專(zhuān)門(mén)用作刺痛細(xì)胞。

“當(dāng)細(xì)胞年輕時(shí)，它們表達(dá)某些基因，這些基因?qū)τ陂_(kāi)發(fā)毒液囊和合成毒素很重要，”Sunagar博士說(shuō)。“然而，一旦刺痛的細(xì)胞完全形成了膠囊，毒素和結(jié)構(gòu)蛋白的合成就會(huì)減少。”

該知識(shí)可以最終將刺痛細(xì)胞作為清潔和有效的微量藥物遞送系統(tǒng)進(jìn)行操作。

應(yīng)用

但它不僅僅是可以提供醫(yī)療保健應(yīng)用的交付系統(tǒng)?？茖W(xué)家們還在研究毒液本身的特性是否可用于治療健康狀況，包括胃腸道疾病，癌癥和慢性疼痛。

“毒液是大自然中最復(fù)雜的雞尾酒，”Sunagar博士說(shuō)。“你沒(méi)有看到任何其他生理蛋白質(zhì)的這種復(fù)雜程度。”

由海葵，蝸牛和其他有毒生物釋放的毒素已經(jīng)進(jìn)化了數(shù)百萬(wàn)年，使獵物癱瘓并抵御掠食者。

由于進(jìn)化一直在微調(diào)生物過(guò)程，因此毒液往往非常有效且具有高度選擇性。它們以特殊的效率結(jié)合特定的細(xì)胞受體。

這種酸度導(dǎo)致毒液衍生藥物的副作用較少。它還可以開(kāi)辟新途徑，以達(dá)到難以捉摸的受體，有助于解決目前無(wú)法治愈的疾病。

奧地利維也納大學(xué)的Markus Muttenthaler博士正在研究如何在毒液中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì)可以幫助細(xì)胞修復(fù)受損腸道的外層。他說(shuō)十分之一的西方人患有慢性腸胃疾病，如腸易激綜合征和炎癥性腸病。

在歐盟歐洲研究理事會(huì)的支持下，他開(kāi)始探索如何靶向治療腸道傷口的細(xì)胞受體。如果藥物可以定制以觸發(fā)這些受體，那么當(dāng)身體本身不能這樣做時(shí)，它們可以支持腸組織的保護(hù)或重建。

目前，沒(méi)有藥物能勝任這項(xiàng)任務(wù)。但是像海螺，蜘蛛或蝎子這樣的有毒生物可能是一個(gè)開(kāi)始尋找的好地方。Muttenthaler博士說(shuō)，單一物種在其分泌的毒液中可以呈現(xiàn)多達(dá)1 000種獨(dú)特的生物活性化合物。

作為他研究的一部分，Muttenthaler博士前往異國(guó)情調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)，如澳大利亞的大堡礁和亞馬遜叢林，收集有毒物種。回到實(shí)驗(yàn)室，他的團(tuán)隊(duì)提取毒液并在活細(xì)胞上對(duì)抗一組與疼痛，癌癥或炎癥等疾病相關(guān)的受體進(jìn)行測(cè)試。

“如果我們發(fā)現(xiàn)加速胃腸道愈合過(guò)程的化合物，那么我們就會(huì)有一種新的治療方法，”Muttenthaler博士說(shuō)。然后優(yōu)化這些化合物，使它們?cè)谌梭w內(nèi)保持穩(wěn)定并且能夠到達(dá)其靶器官。原則上，一些人可以幫助其他組織更快地愈合，從而將應(yīng)用擴(kuò)展到身體的許多其他傷口。

組學(xué)

由于一種稱為組學(xué)的方法，毒液研究在過(guò)去十年中加快了步伐，這種方法研究某種類(lèi)型的生物分子如何作為一個(gè)集體系統(tǒng)共同發(fā)揮作用。

“在過(guò)去的十年中，omic技術(shù)徹底改變了毒液的研究，”法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)的Maria Vittoria Modica博士說(shuō)。這些技術(shù)摧毀了大量數(shù)據(jù)，使研究人員能夠繪制出細(xì)胞中產(chǎn)生的所有分子，并幫助破譯每種生物化合物的作用。然后，一些化合物可以適用于醫(yī)療保健中的應(yīng)用。

莫迪卡博士啟動(dòng)了歐盟資助的VIPS項(xiàng)目，分析兩種海洋無(wú)脊椎生物產(chǎn)生的毒液，并了解它們的應(yīng)用潛力。

到目前為止，她已從地中海地區(qū)毫米寬的蝸牛的飼養(yǎng)腺體中采集了組織樣本。她還從蝸牛捕食的珊瑚中檢索出分泌毒素的細(xì)胞。

以前的儀器無(wú)法分析這種微小的毒液滴。但轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué) - 使用大數(shù)據(jù)工具記錄基因組產(chǎn)生的完整指令集 - 幫助她對(duì)毒液腺體中的許多分子進(jìn)行測(cè)序。

當(dāng)她的研究項(xiàng)目在2019年結(jié)束時(shí)，莫迪卡博士期望已經(jīng)確定了與蝸牛和珊瑚中捕食者 - 獵物關(guān)系有關(guān)的分子，揭示了潛在有用的生物活性化合物，這些化合物仍然是科學(xué)所不為人知的。

莫迪卡博士說(shuō)，毒液是一種很有前途的活性成分來(lái)源，尤其是因?yàn)樽詮脑紩r(shí)代以來(lái)，大自然一直在優(yōu)化它們。“它們是掠食者和獵物之間化學(xué)軍備競(jìng)賽的結(jié)果，”她說(shuō)。“一個(gè)物種的毒素越來(lái)越強(qiáng)大，另一個(gè)物種的防御力越來(lái)越強(qiáng)。”