Ботулотоксин (ботулинический токсин, токсин ботулизма) — нейротоксин белковой природы, способный нарушать передачу нервных сигналов мышцам, провоцируя паралич, который может длиться месяцами. Несмотря на чрезвычайную токсичность, ботулотоксин применяется в медицине, самый известный препарат на его основе — Ботокс. Обычно используются крайне малые дозы токсина — в одну триллионную грамма, и тщательно выбираются цели, на которые будет действовать препарат — определённые двигательные нервы.
Когда препараты для «ботулинотерапии» вышли на рынок, «идея заключалась в том, что они безопасны в использовании, они остаются там, куда они вводятся, и вам не придётся беспокоиться о том, что токсин попадёт в центральную нервную систему и вызовет нежелательные эффекты», — говорит Эдвин Чепмен (Edwin Chapman), исследователь из Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) и профессор неврологии в Висконсинском университете в Мадисоне (University of Wisconsin—Madison).
Обеспокоенность тем, что мощный токсин может распространяться за пределы места инъекции, получила подтверждение в 2009 году, когда Управление по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств США опубликовало предупреждение для врачей и пациентов, в котором говорилось о риске распространения ботулотоксина вне области инъекции, что может вызвать симптомы ботулизма, в том числе «неожиданную потерю устойчивости или слабость мышц, проблемы с глотанием и дыханием, которые могут быть опасны для жизни».
Осложнения введения ботулинического нейротоксина в косметических целях немногочисленны и крайне редки. При избыточном введении препарата может опускаться угол рта или веко. Однако, учитывая обратимость действия нейротоксина, при возникновении этих побочных эффектов, восстановление внешнего вида происходит через 1—2 месяца.
Медики ранее наблюдали загадочные результаты применения Ботокса, сообщает невролог Ева Бомба-Варчак (Ewa Bomba-Warczak). «Во многих случаях после инъекции проходил спазм мышц шеи, болезнь, которая называется спастическая кривошея (цервикальная дистония), не отмечается никаких изменений мышечного тонуса, но пациент находит облегчение и совершенно счастлив. Этот результат не может быть объяснён местным воздействием препарата».
В исследовании, опубликованном 4 августа в журнале Cell Reports, Чепмен, Бомба-Варчак и их коллеги представляют доказательства того, что токсин движется между нейронами в лабораторных условиях.
Изучались нейроны мыши в ячейках, соединённых крошечными каналами, которые позволяют расти аксонам — длинным волокнам, которые нейроны используют для «общения». В тестах с двумя ботулотоксинами учёные наблюдали, как распространяются введённые молекулы токсина.
Проникнув внутрь нейрона, ботулотоксин расщепляет белки, отвечающие за синтез химических контейнеров — везикул с плазматической мембраной. Это событие блокирует возможность передачи химических сигналов, что лежат в основе управления мышцами, что и приводит к временному параличу.
Используя антитела для выявления фрагментов повреждённых белков, группа Чепмена показала, что молекулы токсина действовали на нервные клетки в ячейках, в которые вредные молекулы не вводились. «Каждый раз, когда одна часть токсина действует локально (на первую нервную клетку и её контакты), другая часть действует на расстоянии, — говорит Чепмен. — Неизвестно, как далеко он распространяется, это, вероятно, зависит от дозы токсина и других факторов».
Соавтор работы, Джейсон Вевеа (Jason Vevea) из Висконсинского ниверситета в Мадисоне произвёл видеозапись движения меченых молекул ботулотоксина вдоль аксонов, соединяющих нейроны.
Ботулотоксины были впервые описаны в 1800-х годах и с тех пор не прекращают быть предметом исследований, в том числе и в Висконсинском университете в Мадисоне. В медицинских целях ботулотоксины используются с 70-х годов XX века. Компания Allergan, Plc вывела на рынок четыре препарата на основе ботулотоксина, самого популярного из которых, Ботокса, только за 2015 год было продано почти на 2 миллиарда долларов.
Информация о том, что молекулы токсина не всегда остаются там, куда их вводят, отвечает на старый вопрос о мобильности токсина, но порождает новые. Главный из них — каким образом яд действует, когда распространяется в организме.
На многие вопросы можно получить ответ путём генетических экспериментов на клостридиях (Clostridium botulinum — бактерии, которые производят ботулотоксин). По словам Чепмена, в будущем можно будет изменить структуру токсина таким образом, чтобы он потерял способность распространяться в организме и действовал только локально, в том месте, где нужен.
Если только местные эффекты важны для медицины, будущие версии этой древней молекулы будут в состоянии бороться с морщинами и тяжёлыми мышечными спазмами, действуя только на целевые нейроны.
«Мне трудно представить, что любой врач захочет вколоть что-то, о чём известно, что оно может передвигаться, когда есть возможность использовать то, что остаётся на месте, — говорит Чепмен. — Это захватывающая перспектива — заменить препарат более безопасным аналогом».