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在海葵中形成刺细胞的多阶段遗传过程可以激发一种将药物输送到人体内的新方法。它是一个工作领域的一部分，它研究毒液及其在动物身上产生的方式如何用于为人类创造拯救生命的治疗方法。
印度班加罗尔印度科学研究所生态科学中心的Kartik Sunagar博士正在研究毒液传递系统的起源。他说尽管科学已经开始掌握哪些基因编码致命毒素的产生，但对于有毒生物如何进化出将毒液排入猎物所需的武器库却知之甚少。
大多数物种依赖于尖牙，喙或尖刺，但是今天地球上一些最古老的有毒物种仍然通过一个历史悠久的替代品来运送它们的有效载荷。
超过6亿年前，被称为刺胞动物的水母，珊瑚和海葵等古老物种进化出了一种中毒猎物的生物机械方法。他们的细胞将毒液锁定在故障安全的分子胶囊内，以40 000G的力(加速地球引力)将它们加速到目标中，使其成为自然界中观察到的最快的生物力学过程之一。
“刺胞动物是唯一使用刺痛细胞注射毒液的动物，”Sunagar博士说。他正在对海葵进行基因工程，以产生荧光刺痛细胞。该颜色标记可以筛选任何涉及毒液传递的蛋白质，提供前所未有的洞察海葵如何制造刺痛细胞，以及它们如何发挥作用。
两年来，Sunagar博士作为欧盟资助的以色列耶路撒冷希伯来大学研究员，研究了海葵中毒液注射细胞的遗传发育。他发现这些生物中的干细胞遵循特定基因组的指示，专门用作刺痛细胞。
“当细胞年轻时，它们表达某些基因，这些基因对于开发毒液囊和合成毒素很重要，”Sunagar博士说。“然而，一旦刺痛的细胞完全形成了胶囊，毒素和结构蛋白的合成就会减少。”
该知识可以最终将刺痛细胞作为清洁和有效的微量药物递送系统进行操作。
应用
但它不仅仅是可以提供医疗保健应用的交付系统。科学家们还在研究毒液本身的特性是否可用于治疗健康状况，包括胃肠道疾病，癌症和慢性疼痛。
“毒液是大自然中最复杂的鸡尾酒，”Sunagar博士说。“你没有看到任何其他生理蛋白质的这种复杂程度。”
由海葵，蜗牛和其他有毒生物释放的毒素已经进化了数百万年，使猎物瘫痪并抵御掠食者。
由于进化一直在微调生物过程，因此毒液往往非常有效且具有高度选择性。它们以特殊的效率结合特定的细胞受体。
这种酸度导致毒液衍生药物的副作用较少。它还可以开辟新途径，以达到难以捉摸的受体，有助于解决目前无法治愈的疾病。
奥地利维也纳大学的Markus Muttenthaler博士正在研究如何在毒液中发现的化学物质可以帮助细胞修复受损肠道的外层。他说十分之一的西方人患有慢性肠胃疾病，如肠易激综合征和炎症性肠病。
在欧盟欧洲研究理事会的支持下，他开始探索如何靶向治疗肠道伤口的细胞受体。如果药物可以定制以触发这些受体，那么当身体本身不能这样做时，它们可以支持肠组织的保护或重建。
目前，没有药物能胜任这项任务。但是像海螺，蜘蛛或蝎子这样的有毒生物可能是一个开始寻找的好地方。Muttenthaler博士说，单一物种在其分泌的毒液中可以呈现多达1 000种独特的生物活性化合物。
作为他研究的一部分，Muttenthaler博士前往异国情调的生态系统，如澳大利亚的大堡礁和亚马逊丛林，收集有毒物种。回到实验室，他的团队提取毒液并在活细胞上对抗一组与疼痛，癌症或炎症等疾病相关的受体进行测试。
“如果我们发现加速胃肠道愈合过程的化合物，那么我们就会有一种新的治疗方法，”Muttenthaler博士说。然后优化这些化合物，使它们在人体内保持稳定并且能够到达其靶器官。原则上，一些人可以帮助其他组织更快地愈合，从而将应用扩展到身体的许多其他伤口。
组学
由于一种称为组学的方法，毒液研究在过去十年中加快了步伐，这种方法研究某种类型的生物分子如何作为一个集体系统共同发挥作用。
“在过去的十年中，omic技术彻底改变了毒液的研究，”法国蒙彼利埃大学的Maria Vittoria Modica博士说。这些技术摧毁了大量数据，使研究人员能够绘制出细胞中产生的所有分子，并帮助破译每种生物化合物的作用。然后，一些化合物可以适用于医疗保健中的应用。
莫迪卡博士启动了欧盟资助的VIPS项目，分析两种海洋无脊椎生物产生的毒液，并了解它们的应用潜力。
到目前为止，她已从地中海地区毫米宽的蜗牛的饲养腺体中采集了组织样本。她还从蜗牛捕食的珊瑚中检索出分泌毒素的细胞。
以前的仪器无法分析这种微小的毒液滴。但转录组学和蛋白质组学 - 使用大数据工具记录基因组产生的完整指令集 - 帮助她对毒液腺体中的许多分子进行测序。
当她的研究项目在2019年结束时，莫迪卡博士期望已经确定了与蜗牛和珊瑚中捕食者 - 猎物关系有关的分子，揭示了潜在有用的生物活性化合物，这些化合物仍然是科学所不为人知的。
莫迪卡博士说，毒液是一种很有前途的活性成分来源，尤其是因为自从原始时代以来，大自然一直在优化它们。“它们是掠食者和猎物之间化学军备竞赛的结果，”她说。“一个物种的毒素越来越强大，另一个物种的防御力越来越强。”
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