Неисповедимые пути научной работы столкнули с материалом, который при иных обстоятельствах вряд ли попался бы на глаза. Однако, изучение современной литературы о токсинах морского происхождения заставило задуматься над неожиданной проблемой.

Морские микроводоросли Karenia brevis и Gambierdiscus toxicus, распространенные, первая - в Мексиканском заливе, а вторая – от Кариб до Тихого океана, продуцируют наборы высокотоксических веществ, обладающих специфической химической структурой – «лестничным» кислородсодержащим скелетом из большого количества эфирных колец. Майтотоксин содержит 34 кислородсодержащих кольца, цигуатоксин – 13, а бреветоксины - 9. Полагают, что высокая токсичность двух последних видов токсинов, вызывающих массовую гибель морских птиц и млекопитающих, а у человека – длительные и тяжелые неврологические расстройства, обусловлена тем, что они являются уникальными природными лигандами потенциал-зависимых натриевых каналов. Наряду с этим другие токсины, продуцируемые этими же водорослями, активируют калиевые каналы, а майтотоксин – увеличивает вход в клетки ионов кальция. В связи с тем, что эти токсины, поражающие до 50 000 человек в год, термостабильны и до последнего времени отсутствовали методики их быстрого и надежного детектирования, изучению механизмов их действия посвящена огромная литература физиологического и медицинского плана (см. напр. Nicholson & Lewis, 2006). Однако, над простым вопросом о функции этих веществ в организмах, которые их синтезируют, мало кто задумывался, и идеи в этой области долгое время не выходили за пределы достаточно тривиальных.

Исходно подразумевалось, что продукция токсинов связана с функцией предупреждения или ограничения поедания водорослей. Видимо, никого не смущало, что целый арсенал бреветоксинов и цигуатоксинов (у некоторых видов – от 9 до 14), а также крупнейшая неполимерная органическая молекула майтотоксина, предназначены Премудрой Природой исключительно для защиты микроскопических водорослей Karenia brevis и Gambierdiscus toxicus от поедания. Это было бы сродни воздвижению пирамиды Хеопса над могилкой любимого хомячка. Правда, следует признать, что такого рода странные неэкономичные механизмы не являются чем-то абсолютно экстравагантным и невозможным. Например, суспензия неоплодотворенных яйцеклеток морских ежей «отапливает» морскую воду серотониноподобным веществом (Buznikov, 1989).

Свежая идея, состоящая в том, что оригинальная функция бреветоксинов связана с регуляцией ионного гомеостаза в условиях изменения солености в прибрежных водах, была опубликована Errera & Campbell (2010, 2011; 2012). На том основании, что продукция бреветоксинов по данным этих авторов существенно возрастала при действии осмотического шока, предполагалось, что клетки водорослей могут реагировать на резкое падение солености в прибрежных водах активацией натриевых каналов и соответственно, балансировкой внутриклеточного ионного гомеостаза. Однако, более корректные эксперименты, проведенные параллельно в трех лабораториях, опровергли такую возможность (Sunda et al., 2013) и возвратили проблему в исходное состояние – к идее о защите водорослей от поедания зоопланктоном. И только совсем недавно возникли принципиально новые подходы, данные и идеи по этому поводу.

Применение новых методик позволило продемонстрировать, что флуоресцентное производное бреветоксина локализуется в липофильной тилакоидной мембране хлоропласта K. brevis, где связывается со светопоглощающим комплексом (light-harvesting complex) II (LHCII) и тиоредоксином. LHCII важен для нефотохимического гашения (NPQ), тогда как тиоредоксин критичен для поддержания редокс гомеостаза в хлоропласте и вносит вклад в захват активных форм кислорода (ROS) (Cassell et al., 2015). Было также обнаружено, что у более токсических по сравнению с менее токсическими линиями K. brevis наблюдались более выраженное NPQ и уменьшение продукции ROS. Также было обнаружено, что связь с LHCII уменьшалась при нейтральном pH или низкой освещенности. Результаты, полученные на K.brevis (Cassell et al., 2015) соответствуют данным о локализации другого токсина динофлагеллят – окадаевой кислоты (Zhou & Fritz, 1994) – в хлоропласте и токсина цианобактерий – микроцистина – в тилакоидной мембране цианобактерий (Young et al., 2005).

Механизм воздействия бреветоксинов на LHCII и (или) тиоредоксин пока не определен. Предлагается три возможных сценария: 1) бреветоксин взаимодействует непосредственно с LHCII, индуцируя конформационные изменения, связанные с NPQ; 2) бреветоксин активирует ионные каналы в тилакоидной мембране, запуская этим внутриклеточный каскад передачи сигннала; и 3) происходит самосборка бреветоксинов в трансмембранную пору, запускающая движение катионов через тилакоидную мембрану.

Предполагается, что «лестничные» токсины первоначально были специфически нацелены на трансмембранные белки, расположенные в тилакоидной мембране, и лишь по совпадению оказались способными связываться с другими трансмембранными α-спиралями канальных белков высших организмов, на чем и основываются их широко изучаемые патологические эффекты. Надо отметить, что открытие внутриклеточной роли бреветоксинов, связанной с фотосинтезом в этой водоросли, не исключает внешней функции отпугивания от поедания. Действительно, показано, что вторичные метаболиты, такие как салициловая кислота, выполняют двойную роль отпугивателя от поедания и гормона и регулятора роста у растений (Rivas-San Vicente & Plasencia, 2011). Аналогичным образом, предполагается, что исходно классические нейротрансмиттеры серотонин и катехоламины являются регуляторами внутриклеточных процессов - синтеза белка и контроля клеточного цикла. И лишь затем в ходе онтогенеза эти вещества приобретают функции эмбриональных и нервных межклеточных передатчиков (Shmukler & Buznikov, 1998).

Новость подготовил © 04.05.2017 Шмуклер Ю.Б.