據(jù)估計(jì)，毒蛇每年在全世界造成12萬人死亡和40萬人致殘，僅在美國就有大約8，000起蛇咬傷病例。

為了減輕和減輕毒蛇咬傷的嚴(yán)重程度，馬里蘭大學(xué)生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)對西部小菜響尾蛇(Crotalus atrox)的基因組進(jìn)行了調(diào)查，該物種的基因組中編碼的毒液毒素比任何其他已知的響尾蛇都多。研究小組確定了一種稱為胎兒-3的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)可抑制廣譜響尾蛇毒液毒素。

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，對改進(jìn)蛇咬傷治療的發(fā)展具有顯著意義。

“一個(gè)好的蛇咬傷治療需要能夠抵消不止一種蛇的毒液，”該研究的資深作者肖恩卡羅爾說，他是UMD杰出的大學(xué)生物學(xué)教授，也是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)科學(xué)教育副總裁。

“胎兒-3抑制了大量的毒素 - 超過20種 - 我們檢測到甚至結(jié)合并抑制了我們測試的其他幾種響尾蛇的毒液毒素。我們需要更多地了解胎兒-3的應(yīng)用范圍有多廣，或者是否需要一些額外的修補(bǔ)，但知道這種蛋白質(zhì)可以中和一整類毒素，使研究人員更接近創(chuàng)造更好的抗蛇毒血清。

自然歷史之謎

根據(jù)卡羅爾的說法，該團(tuán)隊(duì)的研究始于一個(gè)簡單而有趣的謎團(tuán)，長期以來一直困擾著研究人員：毒蛇如何以及為什么對自己的毒液有抵抗力?

“這就像一場持續(xù)的三方生物軍備競賽，每一方都在創(chuàng)新以征服對方，”卡羅爾解釋說，他也是UMD的安德魯和瑪麗巴洛以及尼古拉斯和蘇珊西蒙捐贈(zèng)主席。

“為了在毒蛇咬傷中幸存下來，獵物必須進(jìn)化出對毒液的抵抗力。如果獵物變得有點(diǎn)抵抗力，那么蛇就必須用更好的毒液來調(diào)整。但是蛇在與獵物的軍備競賽中也能夠保護(hù)自己免受自身進(jìn)化的毒液的侵害 - 我們的目標(biāo)是弄清楚確切的方法。

大多數(shù)蛇毒都攜帶著危險(xiǎn)的毒素，有助于麻痹、殺死和消化獵物。響尾蛇毒液的核心成分之一是一類稱為金屬蛋白酶的分子，可防止血栓形成、分解組織并最終導(dǎo)致出血。為了保護(hù)自己免受這些毒素的侵害，蛇和獵物都依賴于基因組中編碼的特殊蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)會阻礙毒液的衰弱作用。

研究人員調(diào)查了一個(gè)由五種蛋白質(zhì)組成的家族，這些蛋白質(zhì)通常歸因于毒液抗性。出乎意料的是，蛋白質(zhì)家族中只有一個(gè)成員具有大部分的毒液抵消活性——胎兒-3——結(jié)合西方小鉆魚毒液中幾乎所有的毒素。它還結(jié)合并抑制了其他幾種響尾蛇的毒液毒素。

在追溯了胎兒-3的進(jìn)化起源后，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，雖然胎兒-3存在于西部菱背響尾蛇最親近的亞洲和南美親戚中，但來自同一家族的不同蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)保護(hù)它們免受毒液毒素的侵害。

換句話說，響尾蛇通過兩個(gè)獨(dú)立的遺傳事件發(fā)展了抵抗力。這一發(fā)現(xiàn)表明，在物種進(jìn)化時(shí)間線的某個(gè)地方發(fā)生了重大的進(jìn)化轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致抑制劑家族在整個(gè)Crotalus譜系中擴(kuò)大和多樣化。

有了這些新知識，該團(tuán)隊(duì)深入了解了生態(tài)狀況如何推動(dòng)響尾蛇及其獵物等動(dòng)物的創(chuàng)新和“軍備競賽”。他們希望他們的發(fā)現(xiàn)將幫助研究人員更多地了解胎兒-3和其他進(jìn)化中的毒素阻斷蛋白如何作為更有效的蛇咬傷治療的成分。

“目前許多使用過時(shí)技術(shù)和抗蛇毒血清的治療方法都有缺點(diǎn)，包括效力的變化或缺乏，引發(fā)副作用的雜質(zhì)以及制造不一致，”該研究的主要作者Fiona Ukken說，他是UMD生物系和HHMI的客座教授專家。“但是通過提高我們對毒液抑制分子基礎(chǔ)的理解，我們可以幫助創(chuàng)造新穎和更有效的治療方法。

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