Генетический трюк: как древесные крысы выживают после укусов гремучих змей

Древесные крысы, или паковочные крысы, весят меньше 200 граммов, но способны пережить укусы ядовитых гремучих змей, которые отправили бы в больницу или даже убили взрослого человека.

Автор: Unsplash/CC0 Public Domain

Новое исследование Мичиганского университета раскрыло ключ к пониманию того, как эти крошечные грызуны развили такую мощную устойчивость: они накапливают дополнительные копии генов.

Исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, было сосредоточено на группе генов под названием SERPINs. Они кодируют белок, блокирующий распространённый компонент змеиного яда. Ранее было показано, что белок SERPINA1 подавляет яд европейской гадюки, но о родственном гене SERPINA3 известно гораздо меньше.

«Мы хотели выяснить, можем ли мы определить генетическую основу этой устойчивости к яду», — сказал эволюционный биолог Мэттью Холдинг из лаборатории Дэвида Гинзбурга в Институте наук о жизни Мичиганского университета. «Мы заметили, что в то время как у людей есть только один ген SERPINA3, у этих крыс их 12 копий. Каждая кодирует немного разный белок, и мы не знаем, что делает любая из них».

Дюжина генов SERPINA3 у древесных крыс возникла в процессе тандемной дупликации, когда дополнительная копия гена встраивается в геном во время развития. Поскольку исходный ген остаётся нетронутым и выполняет свои первоначальные функции, новая копия может эволюционировать, чтобы кодировать другой белок с новой функцией.

Эволюция генов подсемейства SERPIN A в тандемном локусе. Автор: Molecular Biology and Evolution (2025). DOI: 10.1093/molbev/msaf290

Тандемные дупликации часто встречаются в змеином яде. По мере того как добыча змей становится устойчивой к яду, появляются новые белки, делающие яд токсичным другими способами. Исследовательская группа задалась вопросом, могут ли генетические изменения в змеином яде заставлять ген SERPINA3 дублироваться и диверсифицироваться в ответ.

Мейлин Уорд, бывшая студентка лаборатории Гинзбурга, которая совместно с Холдингом руководила исследованием, протестировала белки, производимые каждым из 12 генов SERPINA3 древесной крысы, против образцов яда гремучих змей, охотящихся на этих грызунов. Было обнаружено, что многие из белков SERPINA3 связываются напрямую с компонентами яда, делающими его токсичным, блокируя их способность наносить ущерб.

Команда также наблюдала существенные различия в активности разных белков. Некоторые из них не показали никакого взаимодействия с ядом, что указывает на их совершенно иную роль в выживании млекопитающих. В то же время другой белок одновременно подавлял два разных компонента, лежащих в основе токсичности яда.

«Наши выводы ввели белки SERPINA3 в дискуссию об устойчивости к яду», — сказала Уорд, которая сейчас учится в медицинской школе Университета Дьюка. «Предыдущие работы в этой области в основном были сосредоточены на SERPINA1, и теперь мы знаем, что эти дублированные гены SERPINA3 являются важным фактором в коэволюции древесных крыс и их хищников».

Холдинг отмечает, что это даёт представление о том, как дупликация генов может играть роль в эволюции устойчивости к яду, выступая одним из многих потенциальных факторов.

«И это открывает ещё один инструмент в арсенале грызунов, который можно изучать у других животных в рамках более широкого вопроса о том, как выжить после укуса ядовитой змеи», — добавил он.

Больше информации: Meilyn S Ward et al, Tandem Duplication of Serpin Genes Yields Functional Variation and Snake Venom Inhibitors, Molecular Biology and Evolution (2025). DOI: 10.1093/molbev/msaf290

Источник: University of Michigan