Токсины, воздействующие на натриевые каналы, могут быть ценными инсектицидами, если их удастся нацелить на специфические для нервов насекомых ионные каналы. Одним из самых известных токсинов такого типа является дихлордифенилтрихлорэтан, который иначе называют ДДТ. Он активирует натриевые каналы в нервах насекомых, но не действует на каналы млекопитающих, имеющих генетические и структурные отличия. Активация натриевых каналов заставляет аксоны насекомых генерировать импульсы самопроизвольно, что приводит к спазму мышц и в конечном итоге к гибели. ДДТ играл важную роль в предотвращении распространения тифа и малярии во время Второй мировой войны и после нее, однако эффективность этого препарата постепенно снижалась, поскольку насекомые приобретали устойчивость к нему. Это происходило в результате сильного давления эволюционного отбора – распространения генетических мутаций, меняющих участок натриевого канала, к которому присоединяется ДДТ (и, таким образом, устраняющих его влияние). Применение ДДТ, кроме того, было поставлено под вопрос после выхода в свет книги Рейчел Карсон «Безмолвная весна», в которой применение ДДТ и других пестицидов называлось в качестве причины заметного сокращения числа певчих птиц в США. Хотя ДДТ не открывает натриевые каналы птиц и млекопитающих, он оказывает на них другое воздействие: у птиц, например, он вызывает утончение яичной скорлупы, повышение ее хрупкости и уменьшение числа вылупившихся птенцов.
Правила натриевых каналов
Из череды изложенных выше поучительных историй и жутких зарисовок очевидно, что в природе существует огромное множество ядов, нацеленных на натриевые каналы, что их значительно больше, чем ядов, взаимодействующих с ионными каналами других видов. Одна из причин этого, возможно, заключается в том, что специализация натриевых каналов – быстрая передача нервных и мышечных импульсов. Заблокируйте их, и живое существо будет быстро парализовано и станет легкой добычей.
Многие токсины, нацеленные на ионные каналы, помимо прочего, имеют значительную ценность для ученых, пытающихся понять, как работают нервы. Поскольку действие таких токсинов чаще всего очень избирательно, их можно использовать для выделения вклада отдельно взятого канала в электрическую активность клетки. В наши дни токсины можно просто купить у специализированных компаний. В прошлом же все было иначе, и ученым не только приходилось очищать токсины самостоятельно, но и нередко заниматься сбором живых существ, которые вырабатывают яд.
Охотники за ядами были отважными искателями приключений. Одни из них ежегодно на протяжении месяца собирали улитки-конусы в Красном море, поочередно то ныряя за ними, то экстрагируя яд. Со стороны такая охота может показаться отдыхом, но на деле это тяжелая работа, не говоря уже о дополнительном напряжении, связанным с необходимостью постоянно быть начеку, чтобы не позволить улитке ужалить себя. Другие отправлялись в Северную Африку, где проводили ночи в пустыне. Там под безбрежным сводом небес, усеянном звездами, земля выглядит черной как смоль и кажется безопасной. Однако стоит включить ультрафиолетовую лампу, и вы увидите вокруг множество скорпионов, которые ярко светятся в ультрафиолетовом спектре. Тысячи этих членистоногих аккуратно собирают в большие бидоны для молока и отправляют во Францию. Там каждый месяц на протяжении недели их доят, добывая яд. Эта операция требует чрезвычайной осторожности, однако у опытного исследователя есть возможность избежать ядовитого укола – скорпиона нужно брать как можно ближе к кончику хвоста. В ответ на это он выделяет каплю яда, который собирают. Процесс сбора яда отнимает очень много времени – для получения достаточного для экспериментов количества токсина нужен яд 150 000 скорпионов.
Обилие ядов для натриевых каналов говорит о том, какое значение имеют эти каналы для функционирования нервов и мышц. Их особая чувствительность к потенциалу и избирательная проницаемость для ионов натрия принципиально важны для генерирования и передачи нервных импульсов, а также информации по аксонам нервов, например по двигательным аксонам, от головного и спинного мозга к мышцам. Что происходит, когда эти импульсы достигают нервных окончаний, и как они возбуждают мышечное волокно, мы узнаем в следующей главе.
Глава 4
Не забывайте о межклеточном пространстве
прыжок
мысли через синаптическую щель.
Брайан Тернер. Эй, пуля
Ботокс – новейшее оружие в арсенале косметической хирургии, им пользуются кинозвезды и простые люди, желающие избавиться от морщин на лице, которые появляются с возрастом. На деле он представляет собой опасный яд, называемый ботулотоксином. Во времена моей молодости он был намного более известен как причина пищевых отравлений со смертельным исходом. В те дни консервированная говядина была массовым продуктом питания, но если консервные банки оказывались плохо закрытыми, то в продукт попадали бактерии Clostridium botulinum. Токсин, вырабатываемый этими бактериями, убивал любого, кто неосмотрительно употреблял в пищу такие консервы
{9}. Другие мясные продукты тоже, случалось, содержали токсин – ведь даже само слово botulinum происходит от латинского названия колбасы (botulus).
Ботулотоксин – один из самых сильных известных природных ядов. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, а одного грамма, по расчетам, достаточно, чтобы убить миллион человек. Считается, что бойцы чешского Сопротивления использовали его для покушения на печально известного обергруппенфюрера СС Рейнхарда Гейдриха, высокопоставленного нацистского функционера, в котором Гитлер видел своего преемника. Покушение на Гейдриха было совершено в Праге весной 1942 г. двумя прошедшими подготовку в Великобритании чешскими патриотами, которые бросили в его автомобиль гранату, начиненную, по общепринятому мнению, ботулотоксином. Хотя ранения Гейдриха были вроде бы не опасны для жизни и операция прошла успешно, он умер через восемь дней от осложнений. Действительно ли ботулотоксин был причиной его смерти – большой вопрос. Тем не менее некоторые страны занимались исследованием возможности использования ботулотоксина в качестве боевого отравляющего вещества. ЦРУ, например, обработало ботулотоксином партию любимых сигар Фиделя Кастро (до применения которых дело так и не дошло).
Ботулотоксин предотвращает сокращение мышц. При попадании внутрь организма он постепенно расслабляет дыхательные мышцы, пока они не перестают функционировать, вызывая смерть от удушья. В последнее десятилетие или два, однако, обнаружилось, что впрыскивание ничтожного количества токсина под кожу позволяет парализовать мышцы в строго ограниченной зоне. Поначалу это свойство использовали в целях оказания помощи людям, у которых мышцы шеи или плеча находятся в постоянно «замороженном» состоянии, и они могут поворачивать голову только в одну сторону. Вскоре выяснилось, что ботокс оказывает еще один эффект – он разглаживает глубокие мимические морщины, формирующиеся при нахмуривании и улыбке. Как заметил однажды швейцарский врач Парацельс, «между ядом и лекарством разница лишь в дозе».
