Зубной эликсир: как устроен змеиный яд и что делать в случае укуса

Грамм сухой слюны стоимостью сотни долларов? Какой легкий путь обогащения! Правда, доступен он не всем. Такую баснословную сумму фармацевтические концерны готовы заплатить только за змеиный яд, который, по сути дела, и есть видоизмененная слюна. В одном случае она может стать причиной смерти, а в другом — лекарством, спасающим жизнь.

Зоологам известно более 4000 видов змей (по состоянию на 2023 год. — Прим. Vokrugsveta.ru), и каждый пятый ядовит. Ежегодно в мире от змеиных укусов умирают более 100 000 человек. Основная доля жертв приходится на Индию, страны Юго-Восточной Азии и Южной Америки. Рекорд по числу унесенных человеческих жизней принадлежит семейству аспидовых, к которому относятся кобры, собственно аспиды и африканские мамбы, а по силе действия — морским змеям. Книга рекордов Гиннесса самым ядовитым признала ластохвоста (Hydrophis belcheri), чей яд в тысячу раз сильнее, чем у королевской кобры. Но случаи нападения этой рептилии на человека крайне редки, поэтому в число самых опасных ластохвост не входит.

Зато сухопутная змея тайпан — истинное исчадие ада. От ее укуса смерть может наступить уже через несколько минут, и, согласно статистике, каждый второй пострадавший умирает.

Состав яда каждой змеи уникален, по нему, как по штрихкоду, химики могут определить вид рептилии. Змеиный яд — это сложная смесь органических и неорганических веществ, в том числе коротких пептидов с молекулами из нескольких аминокислотных остатков и белков. Большинство из них работают как ферменты, и у каждого свое амплуа. Набор белков может быть похожим, зато персональный состав и количество различны, поэтому они и действуют по-разному.

Быть укушенным гюрзой или коброй — не одно и то же. Яд гюрзы обезображивает. Россыпи синяков, отеки, черные пятна омертвевших тканей, внутренние кровоизлияния — все это вместе с вялостью из-за нарушения работы сердца и понижения кровяного давления составляет характерную картину тяжелого отравления гемолитическим токсином. Такая же картина после укусов гадюки, эфы и щитомордника. Их яд действует главным образом на кровь и кровеносную систему жертвы.

Совсем иная картина при укусах кобры, ее родни из семейства аспидовых и морских змей. Внешние повреждения незначительны, поскольку в этом случае вся сила «отравы» направлена на нервную систему. Она парализует нервы и мышцы, вызывает судороги, сменяемые вялостью, и далее — самое страшное, отчего обычно наступает смерть, — остановку дыхания.

Вооружившись этими знаниями, можно упрекнуть Шерлока Холмса в ошибке, сделанной им при определении змеи, жертвой которой пала героиня «Пестрой ленты». Судороги у Эллен Стонер могла вызвать змея с нервно-паралитическим ядом, а к ним болотная гадюка (swamp adder, как определил ее Холмс) никакого отношения не имеет, яд гадюк работает по гемолитическому принципу.

Боевой комплекс

Ядовитые железы змеи — это видоизмененные слюнные, выполняющие новую функцию, а белки ядов — это модифицированные пищеварительные ферменты, например ферменты из группы фосфодиэстераз. Их специальность — отрезать от органических молекул фосфатные группы (в любом организме все чужеродные полимеры сначала разбираются на части, чтобы потом из них можно было собирать собственные).

Фосфодиэстеразы змеиного яда выполняют похожую работу, но очень энергично и с большим выходом побочного продукта — гистамина, который расширяет кровеносные сосуды, что замедляет ток крови и приводит к ее застою, отеку тканей и падению артериального давления. В результате жертва становится вялой и теряет способность к сопротивлению, что и требуется хищнику.

Один из основных видов оружия кобр и других змей из семейства аспидовых — холинэстераза. У этого фермента специализация очень узкая: он «откусывает» небольшой фрагмент (остаток уксусной кислоты) от ацетилхолина и тем самым дезактивирует его. В электрической схеме нервных цепочек холинэстераза служит своего рода гасящим импульс демпфером, ведь после каждого импульса клетка должна «успокоиться» и приготовиться к восприятию следующего.

В контакте между нервами, как в микросхеме, все элементы микроскопические и количества действующих веществ тоже очень небольшие. Но если в тонко сбалансированную систему запустить избыточное количество одного из реагентов, она перестанет работать: шквал холинэстеразы надолго выведет из строя нервную цепь.

Основным компонентом яда гадюки считается фермент протеаза. Его мирная профессия — быстро расщеплять белки в ходе пищеварения, при перестройке тканей или росте органов. Но в составе змеиного яда протеаза приобретает огромную разрушительную силу. Фермент крушит направо и налево все белки из системы свертывания крови, уничтожая и те, которые отвечают за образование в ранах сгустков, и те, которые поддерживают эритроциты на плаву. Именно благодаря комплексному действию протеазы, а также других пищеварительных ферментов, змеиный яд и представляет особую опасность.

Тройственный союз

Отравление змеиным ядом — результат работы ферментов, свойства которых зависят от последовательности аминокислот. На сегодняшний день ученые расшифровали ее для сотен компонентов ядов разных видов.

С помощью рентгеноструктурного анализа и расчетов на мощных компьютерах они строят объемные модели белковых молекул, чтобы понять, какие их участки отвечают за ядовитые свойства и с какими веществами в организме они взаимодействуют.

Все компоненты животных ядов работают по одному из трех принципов: в организме жертвы они либо разрушают какие-то молекулы, либо связываются с ними и тем самым лишают активности, либо в силу более высокой собственной активности опережают их действие.

Разрушительно действует гиалуронидаза, фермент, содержащийся в яде любой змеи. Его профессия — деструкция мукополисахаридов — своего рода цемента, скрепляющего между собой живые клетки. Нарушение межклеточных связей делает ткань проницаемой и открывает дорогу другим компонентам яда.

Второй принцип у кишечных токсинов, свойственных всем ядовитым рептилиям: они связываются с рецепторами гладкой мускулатуры кишечника, выводят их из строя, что по признакам похоже на тяжелое пищевое отравление.

Третьим способом действуют некоторые из нейротоксинов, например альфа-бунгаротоксин из яда тайваньского бунгара. По реакции он опережает ацетилхолин — медиатор, с помощью которого нервный импульс передается от одной клетки к другой, делает нервные окончания бесчувственными и приводит к параличу мышц. В яде любой опасной змеи есть компоненты со всеми тремя злодейскими наклонностями.

Драгоценные капли

В Институте Бутантан (город Сан-Паулу, Бразилия) — одном из крупнейших биомедицинских исследовательских центров, где разрабатывают вакцины, сыворотки и противоядия от разнообразных токсинов, постоянно содержат около 12 500 змей (в основном каскавела и жарарака), от которых получают до 5–6 литров ядовитых выделений в год (1–1,5 килограмма в сухом весе). Чтобы получить такое количество, змей «доят» каждые 2–3 недели. От мелких экземпляров за один раз получают по 20–40 миллиграммов (в сухом весе), от крупных — по 500–900 миллиграммов.

Традиционный способ отбора яда — механический, для чего ядовитые железы рептилии с усилием массируют. Более эффективным признано «электродоение» при помощи легкого электрического удара. Для этого к слизистой оболочке рта змеи прикасаются электродами под напряжением 5–8 В, что вызывает сокращение мышц, окружающих ядовитые железы.

В серпентариях Европы чаще всего содержат гадюк — одна особь за полгода способна произвести целебных выделений, достаточных для получения только одной ампулы препарата. Частые «дойки» сокращают жизнь невольниц. Зоологи считают, что в природе гадюки доживают до 15 лет, но в неволе живут не более двух.

Малая эффективность производства натурального змеиного яда и большой спрос породили идею получения его искусственным путем. В Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН был разработан метод выращивания клеток ядовитой железы на питательной среде. Однако из-за недостаточного финансирования проект был закрыт. Еще один путь — химический синтез отдельных компонентов. Благодаря ему в распоряжении медиков появилось множество лекарственных препаратов на основе искусственного змеиного яда.

На службе медицины

Испокон веков знахари лечили разные недуги змеиным ядом. Из него делали не только мази, но и микстуры. Однако с уверенностью можно сказать, что принимать подобные лекарства внутрь совершенно бессмысленно. Наши пищеварительные ферменты справляются с белками змеиного яда так же легко, как и с мясным бульоном.

А вот мази и растирания, включающие яды и их компоненты, действительно могут приносить пользу. Например, разогревающая мазь «Випросал» даже названа в честь гадюки, чье латинское название Vipera. Медики давно заметили, что яд действует подобно перцу или горчице, только лучше: он не только разогревает, но и улучшает работу тканей. Тем, кто перенес инфаркт, страдает сердечной недостаточностью или гипертонией, назначают синтетический аналог фермента змеиного токсина, который разрывает цепочку биохимических реакций, приводящих к повышению кровяного давления.

Одно из кровоостанавливающих средств в арсенале стоматологов при лечении пациентов с гемофилией получено из яда гюрзы. Его действие основано на способности протеолитических токсинов стремительно свертывать кровь. Этот же препарат используют для диагностики болезней системы свертывания крови. А лекарство на основе искусственного и слегка модифицированного яда песчаной эфы обладает противоположным эффектом — помогает кровяным сгусткам рассасываться и спасает от тромбофлебита.

Способность блокировать нервные импульсы, присущая нервно-паралитическим ядам кобр и гремучих змей, может пригодиться, если нужно нейтрализовать импульсы, вызванные болезнью, например эпилепсией. Другой нейротропный эффект — обезболивающий — лежит в основе действия наяксина, яда среднеазиатской кобры, разведенного в водном растворе поваренной соли с добавлением новокаина.

И даже онкологические заболевания могут отступать перед ядом змеи. Медики факультета биохимии и молекулярной биологии Университета Южной Калифорнии и Центра исследований рака сумели остановить процесс перерождения опухоли в злокачественную с помощью белка контортростатина из яда мокасиновой змеи, который препятствует образованию стенок кровеносных сосудов и их ветвлению.

Одно из свойств змеиного яда принесло его исследователям Нобелевскую премию. В 1986 году она досталась итальянке Рите Леви-Монтальчини и американцу Стенли Коэну за открытие фактора роста нервов. В эксперименте с опухолью, обработанной змеиным ядом, чтобы разрушить связь между раковыми клетками, Леви-Монтальчини обнаружила неожиданный эффект: в ткань опухоли быстро вросли нервные окончания.

Дальнейшие исследования показали, что все дело в растворе, содержавшем белок из змеиного яда, которым обрабатывали опухоль. Именно он стимулировал рост нервных клеток. Похожие белки нашли в слюне, слезной жидкости и самих нервных клетках, а теперь еще и синтезировали. Биологи исследуют механизм их работы, чтобы направить на лечение повреждений нервной системы, в том числе атеросклероза и болезни Альцгеймера.

А не так давно разработали косметическое средство, которое содержит синтетический аналог змеиного нейротоксина, — крем от морщин. Подобно ботоксу, он вызывает паралич мимических мышц, и можно обойтись без инъекций. Достаточно нанести его на кожу, чтобы временно «парализовать» мимические мышцы, благодаря чему и происходит разглаживание морщин.

Чемпионы ядовитости

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 3, март 2010, частично обновлен в апреле 2023}