蝎子咋成了“狠角色”？食物鏈暗藏“蛋白質(zhì)博弈”

科技日?qǐng)?bào)昆明9月1日電 (記者趙漢斌)生物毒素是產(chǎn)毒動(dòng)物捕食獵物、防御掠食者、應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)所使用的高效生化武器。記者9月1日從中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所獲悉，該所賴仞研究組與國(guó)內(nèi)外研究者合作，以蝎子參與食物鏈結(jié)構(gòu)的形成與演變?yōu)檠芯糠妒?，從分子水平揭示了食物鏈?nèi)在分子博弈的現(xiàn)象和規(guī)律，闡明了生物毒素對(duì)食物鏈結(jié)構(gòu)和捕食關(guān)系產(chǎn)生的重要影響。

昆明動(dòng)物研究所楊仕隆研究員介紹，生物毒素是產(chǎn)毒動(dòng)物的一大進(jìn)化創(chuàng)新，產(chǎn)毒動(dòng)物的出現(xiàn)對(duì)食物鏈的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響，產(chǎn)毒動(dòng)物通過(guò)利用這些生化武器“以小博大”，常常在食物鏈中處于高級(jí)消費(fèi)者的地位。在產(chǎn)毒動(dòng)物存在的食物鏈中，生物毒素通過(guò)與響應(yīng)受體的博弈實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)化，而博弈的結(jié)果直接決定了食物鏈的結(jié)構(gòu)。

昆明動(dòng)物研究所和圣路易斯華盛頓大學(xué)、浙江大學(xué)的研究人員合作，以一種蝎毒為代表，概括性地描述了α毒素與昆蟲或小型哺乳動(dòng)物等受體肌肉鈉通道的高度親和力。借助嵌合體構(gòu)建、單分子熒光標(biāo)記、分子互作結(jié)構(gòu)模擬等技術(shù)，他們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這種高親和力的原因是毒素和鈉通道可以形成兩對(duì)分子間作用力；同時(shí)，毒素可以與細(xì)胞膜結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)了毒素和鈉通道相互作用的效率。毒素還阻滯了相應(yīng)結(jié)構(gòu)膜電位變化時(shí)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而阻斷了其快失活門控，產(chǎn)生持續(xù)開放的現(xiàn)象。這個(gè)精巧的“蛋白-蛋白”相互作用，極大地影響了食物鏈的結(jié)構(gòu)，使蝎子成為威脅從昆蟲綱到哺乳綱動(dòng)物的“狠角色”。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，一些兩棲類食蝎動(dòng)物在食物鏈中處于比蝎子更高等的捕食地位，它們高度耐受蝎毒，在捕食蝎子的過(guò)程中不會(huì)“中毒”。基于上述的分子相互作用原理，研究人員揭示了食蝎蛙類自身鈉通道關(guān)鍵殘基的突變，使α毒素?zé)o法與其結(jié)合并發(fā)揮作用。受體的進(jìn)化賦予食蝎蛙類抵御蝎毒的能力，巧妙化解了蝎子的生化武器。

這項(xiàng)研究闡明了類似“毒素-受體”共同進(jìn)化和相互博弈的機(jī)制，提示了動(dòng)態(tài)變化構(gòu)成了產(chǎn)毒動(dòng)物食物鏈演化的最基本元素。研究成果在線發(fā)表在英文期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》上。

[責(zé)任編輯：楊凡、李娜]

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