Российские учёные совместно с коллегами из Словении проанализировали защитный кожный секрет травяной лягушки Rana temporaria из популяции, обитающей в Центральной Словении, и сравнили результаты с аналогичными показателями для московских земноводных того же вида.
Оказалось, что состав секрета животных из разных регионов различается, а значит, по нему можно определить их родину. И не только. Результаты исследования опубликованы в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry.
Травяные ранидные лягушки — один из самых распространённых видов лягушек в Европе. Слизь с поверхности кожи — их единственная, помимо маскирующей окраски, защита от всех опасностей. Поэтому в процессе эволюции у каждой популяции сложился уникальный состав кожного секрета — в зависимости от возможных угроз, существующих в конкретной среде обитания. Активные пептиды слизи одних групп лягушек вызывают рвотный рефлекс у рыб, заставляя тех выплюнуть жертву. Слизь лягушек из других местностей вызывает у хищных птиц такую боль, что они не могут закрыть клюв и проглотить добычу. Пептиды ещё каких-то популяций отвечают за защиту от грибков, вирусов и вредных бактерий и способны ускорять регенерацию мягких тканей. Поэтому для учёных важно изучить состав и структуру каждого пептида, понять, как именно он действует, и попытаться найти ему полезное для людей применение.
Для определения структуры активных веществ авторы исследования использовали метод масс-спектрометрического анализа с предварительным хроматографическим разделением компонентов смеси: ионизируя молекулы вещества, они фиксировали отношение их массы к заряду и с учётом атомных масс элементов устанавливали состав молекул и их активных фрагментов. Сравнивая пептиды словенской и московской популяции травяных лягушек, учёным удалось не только сделать прогноз о функциях выявленных пептидов, но и найти новый способ различать виды и популяции лягушек.
«Часто бывает сложно определить, к какому виду относятся особи, ведь они очень похожи между собой. Даже у опытных биологов с этим возникают проблемы. Однако теперь, когда известно, что у каждого вида лягушек есть свой собственный набор пептидов, определить принадлежность особи будет легко. Более того, теперь существует возможность узнать и то, к какой именно популяции она относится — ранее не было ни одного способа, позволяющего это сделать. Так что мы можем говорить о настоящем открытии», — делится Альберт Лебедев, доктор химических наук, профессор кафедры органической химии химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова и заведующий лабораторией физико-химических методов анализа строения вещества.
Основная цель исследователей — найти такой способ изучения структуры пептидов, при котором не нужно будет проводить дополнительные химические реакции, предваряющие масс-спектрометрический анализ и приводящие к потерям целевых компонентов или загрязнению образца побочными продуктами. Есть проблемы и с количеством образцов, поскольку сбор кожного секрета лягушек — также трудоёмкий процесс. Количества кожного секрета, выделяемого одной особью, для исследования обычно недостаточно.
Авторы статьи использовали безвредный для лягушек метод мягкого электростимулирования, разработанный в Австралии в конце прошлого века. Учёные водили вдоль спин амфибий электродами, после чего слизь начинала выделяться более эффективно. Такая процедура проводилась раз в пару недель, чтобы подопытные смогли восстановиться до нормального состояния.
Наконец, основная сложность состояла в том, что активные пептиды, выделяемые организмом лягушки, выполняют свою функцию в считанные секунды. Уже через минуту в только что взятом образце слизи не остаётся никаких действующих веществ. Всё из-за ферментов, которые останавливают работу выполнивших функцию пептидов до того, как те смогут навредить организму хозяйки. Но и для этой проблемы нашлось решение: смыв слизи с кожи водой в контейнер с метанолом, который дезактивирует ферменты. Полученный водно-метанольный раствор фильтровали, а фильтрат использовали для изучения активных пептидов.
Эти методы будут использоваться и в будущих исследованиях. Уже планируется выяснить действие новых пептидов на грибки, бактерии и вирусы, а также изучить их противораковый потенциал. Учёные собрали и особей других видов и теперь выясняют возможность альтернативных способов стимулирования секреции слизи.
«Главная проблема современных лекарственных препаратов заключается в том, что вредные микроорганизмы быстро вырабатывают к ним устойчивость. Фармакологические компании тратят миллионы на разработку новых антибиотиков, а в результате большая их часть через некоторое время становится бесполезной. С активными пептидами из кожного секрета травяной лягушки всё по-другому. Так как они совершенно иначе действуют на микроорганизмы, бактерии не вырабатывают к ним устойчивости, хотя природа их воздействия до конца ещё не изучена. Именно по этой причине лягушки живут на планете уже более 300—400 миллионов лет. Вот почему мы надеемся, что их пептиды могут стать основой для лекарств будущего поколения», — объясняет Альберт Лебедев.