Poodhalená plazí tajemství: Jak hadi přišli ke svému jedu?

Předci dnešních hadů zřejmě ztratili končetiny poté, co se uchýlili pod zem, kde si hloubili úzké chodby. Podzemní život poznamenal jak hadí anatomii, tak životní funkce. V určité fázi evoluce se ovšem pravěcí hadi vrátili z podzemí na zemský povrch a museli se vypořádat s nejedním úskalím. Vedli si nadmíru zdatně.

Trpaslíci i giganti

Hadi osídlili všechny kontinenty s výjimkou Antarktidy, někteří úspěšně pronikli ze souše do vodního prostředí. Dnes je najdeme prakticky všude. Například ploskolebec himálajský (Gloydius himalayanus) se vyskytuje v Himálaji až do nadmořské výšky 5 000 metrů. Slepáci jsou dokonale uzpůsobeni k pohybu v mraveništích a termitištích a živí se jejich obyvateli. Křovinář ostnitý (Bothriechis schlegelii) se s jistotou pohybuje vysoko ve větvích stromů jihoamerického deštného lesa a vodnáři (Hydrophiinae) a vlnožilové (Laticaudinae) se dokonce přizpůsobili životu v mořích, řekách a jezerech.

O různorodosti hadů svědčí i rozdíly ve velikosti. Zřejmě nejmenším hadem světa je deseticentimetrový slepan Leptotyphlops carlae, endemický druh karibského ostrova Barbados. (O existenci ještě mnohem menších hadů vědci pochybují, protože mláďata tak miniaturních plazů by už v přírodě nenašla vhodnou potravu.) Naproti tomu největší známý had žil před 60 miliony roků v Jižní Americe. Kolos s vědeckým jménem Titanoboa cerrejonensis měřil od špičky ocasu k hlavě plných 13 metrů a vážil až 1 200 kilogramů.

Bleskurychlá genová přestavba

Evoluce hadů probíhala překotným tempem. Jasně to ukázal výzkum hadích genů a srovnání s obdobnými geny jiných suchozemských obratlovců. Genetici porovnali 7 442 genů, které se vyskytují shodně jak u kobry královské, tak u krajty tmavé, a zjistili, že ve snaze vypořádat se s nároky okolního prostředí prodělaly geny krajty i kobry dalekosáhlé změny. Ve srovnání s jinými zvířaty mají hadi desetkrát více genů, jejichž změny se ukázaly jako výhodné a u daného druhu hada se rozšířily v celé populaci jako přínosná evoluční inovace.

Vědci vytipovali více než pět stovek genů, jež jsou zodpovědné za typické znaky společné všem hadům, jako je například jejich charakteristická stavba těla a vnitřních orgánů nebo zpomalená látková výměna. Kobry vděčí za své jedinečné vlastnosti zásadním změnám v nejméně 174 genech a krajtám tmavým pomohly k prosperitě přestavby 82 genů.

Evolučně starší hadí větev představují škrtiči. Jejich předci se po návratu z podzemí na zemský povrch rychle přeorientovali z lovu drobných bezobratlých živočichů na větší kořist. Na její zabití jim nestačila síla čelistí a zubů, a tak začali k usmrcení využívat stisk kliček svalnatého těla.
Vývojově mladší hadi nahradili sílu těla zabijáckými účinky jedů. Například kobra královská skrývá v arzenálu své jedové žlázy celkem 73 bílkovinných toxinů schopných velmi rychle znehybnit a usmrtit prakticky jakoukoli kořist.

Výroba jedu a jedové koktejly

Produkci jedu zajišťuje kobře skutečně impozantní arzenál mnoha desítek genů. Ten nespadl z nebe ani jí, ani jiným jedovatým hadům. V drtivé většině pocházejí geny pro produkci toxinů z genů, které mají v hadím organismu úplně jinou, zcela neškodnou úlohu. Nejprve se k „řádnému“ genu vytvořila v dědičné informaci jeho vlastní kopie. V hadím organismu tak pracovaly na stejném úkolu hned dva geny. Postupně se ale jejich evoluční cesty rozešly.

Jeden gen se držel svého původního „řemesla“ a jeho druhý výtisk tak měl „volné ruce“ pro evoluci. Například kopie genu, jenž had sám využívá pro srážení krve v případě zranění a naléhavé potřeby zastavit krvácení, prošla proměnou a dnes se v jedové žláze stará o produkci bílkoviny, která v krevním oběhu oběti vytvoří krevní sraženiny a vyřadí jí z činnosti cévy i srdce. Většinu vhodných genů si jedovatí hadi nakopírují hned několikrát a tím se jim otevírá prostor pro evoluci sady různých toxinů.

Způsobů, jakými hadi získávají nové toxiny, existuje celá řada. Například u severoamerického chřestýška malého (Sistrurus catenatus) se spojily dva geny pro tvorbu různých jedů a vznikl tzv. fúzní gen, podle kterého si tento had vyrábí jed s novými vlastnostmi. Není proto divu, že se jedové koktejly svou skladbou u různých druhů hadů diametrálně liší. Tak právě kobra královská sdílí s jinými jedovatými hady jen hrstku ze svých 73 bílkovinných jedů. Naopak ovšem disponuje mnoha jedy, jež nemají obdobu u jiných hadů.

Toxiny vlastní i vypůjčené

Evoluce jedů započala zřejmě před 60 miliony roků u hadů škrtičů. Byli to tvorové podobní dnešním anakondám, kteří vyměnili brutální sílu svalů za rychlost a pohyblivost. K zabití poměrně velké kořisti začali používat jedy. Předci všech evolučně modernějších hadů, včetně našich zmijí a užovek, se vyvinuli z těchto prvních jedovatých hadů. Toxické dědictví druhohorních hadů se dodnes tak úplně nevytratilo. Tradičně odhadovali biologové počty jedovatých druhů hadů na několik stovek. Detailnější pohled na druhy, které byly dlouho považovány za nejedovaté, však odhalil, že i tito hadi disponují překvapivě silnými toxiny. Dispozice k jejich tvorbě zdědili od pravěkých předků.

Australský expert na jedovaté hady Bryan Grieg Fry tak například s překvapením zjistil, že některé užovky běžně chované v domácnostech jako domácí mazlíčci mají ve své výbavě toxin ničící nervové buňky stejně zdatně jako jeden z kobřích toxinů. Celkový počet druhů jedovatých hadů může podle Frye dosahovat i dvou tisíc. Většina ze „skrytě jedovatých hadů“, kteří byli donedávna považováni za nejedovaté, však má k dispozici jen malé množství jedu a není vybavena jedovými zuby. Nejsou tedy pro člověka nebezpeční.

Dokonce i hadi, kterým nedala příroda do vínku žádný toxin, se mohou těšit z jedové obrany před nepřáteli. Asijská užovka tygří (Rhabdophis tigrinus) se na některých japonských ostrovech živí jedovatými žábami, konkrétně ropuchou hrabavou (Anaxyrus terrestris) a ropuchou Fowlerovou (Anaxyrus fowleri), které sem byly zavlečeny ze Severní Ameriky.

Tyto ropuchy produkují toxiny označované jako bufadienolidy, které jsou s to vážně narušit činnost srdečního svalu. Užovky se ale neotráví a hromadí toxiny z pozřených ropuch ve zvláštních žlázách na krku. Pokud je had napaden, toxický sekret z těchto žláz uvolní a použije ho k zapuzení útočníka.

Pomoc namísto smrti

Na světě žije více než 170 000 jedovatých živočichů. Průměrný jed obsahuje přinejmenším 250 různých bílkovin a peptidů. Mnohé z tohoto nepřeberného množství molekul, jejichž počet se odhaduje na 40 milionů, se mohou v rukou lékařů a farmaceutů proměnit z důmyslných smrtících nástrojů na léky zachraňující zdraví a životy těžce nemocných.

Farmaceutický výzkum se naučil hledat inspiraci mezi hadími jedy už v 60. letech minulého století, kdy brazilští vědci při výzkumu jedu křovinářů (Bothrops) objevili molekuly schopné u člověka velmi rychle a drasticky snížit krevní tlak. Chemici farmaceutické firmy Bristol-Myers-Squibb syntetizovali látky, které napodobovaly účinek molekul z jedu křovinářů a tak se zrodil první lék z rodiny tzv. ACE-inhibitorů, jež jsou dnes hojně využívány k léčbě vysokého krevního tlaku. Lék vydělal výrobcům miliardy dolarů a lékaři ho pacientům s hypertenzí předepisují dodnes.

Další léky vznikly obměnou z molekul jedu chřestýšů, které se v krvi vážou na krevní destičky a brání tak srážení krve. Obětem uštknutí těmito chřestýši hrozí těžká vnitřní krvácení. Lék odvozený od komponenty chřestýšího jedu pojmenovaný eptifibatid ale pomáhá lidem, kteří trpí zvýšenou srážlivostí krve. Těm hrozí vznik krevních sraženin, jež mohou ucpat životně důležité cévy a vyvolat třeba mozkovou mrtvici nebo srdeční infarkt. Protisrážlivý „hadí“ lék toto riziko do značné míry eliminuje. Obdobné účinky na srážlivost krve má i lék tirofiban, který je odvozen od molekuly vyskytující se v jedu zmijí.

Další ambiciózní cíle

V současnosti se testuje celá řada dalších medikamentů, jejichž vznik inspirovaly složky jedu nejrůznějších druhů hadů. Jsou mezi nimi například silné prostředky pro tlumení bolesti. Hon na nové léky je v plném proudu. Sekret jedové žlázy jednoho hada obsahuje stovky nebo i tisíce molekul a každá z nich se může ukázat jako nadějný lék. Proto se do výzkumu stále častěji zapojují i genetici, kteří dokážou analyzovat geny kódující jednotlivé složky hadích jedů. Zásadním počinem na tomto poli bylo kompletní přečtení dědičné informace kobry královské. Po ní přicházejí na řadu genomy dalších jedovatých hadů.

K cíli lze ale dospět i jednodušším způsobem. Vědci nejprve „vyždímají“ hadovi jeho jedovou žlázu a pak dopřejí zvířeti tři dny klid na obnovu zásoby jedu. Had aktivuje v jedové žláze potřebné geny a právě na to vědci čekají. Laboratorními analýzami odhalí, které geny had pro tvorbu jedu použil, a z jejich struktury pak vyčtou, jak vypadají jeho složky. V sekretu jedové žlázy obsahujícím koktejl jedů i zcela neškodných látek už pátrají najisto, protože mají celkem přesnou představu o tom, co hledají.

TIP: Poodhalená hadí tajemství: Přeborníci beznohého života

Uplatnění v medicíně však najdou i výsledky výzkumu nejedovatých hadů škrtičů. Jejich úžasná schopnost rychlé regenerace atrofovaných tkání a orgánů rozdmychává fantazii farmaceutů. Usilovně pátrají po molekulách, s nimiž si had zajistí obnovu organismu. Pokud by lék inspirovaný jednou takovou molekulou dokázal u lidí posílit srdeční svalovinu, znamenalo by to revoluci v kardiologii. Mnozí pacienti by byli vyléčeni bez toho, že by museli podstoupit náročnou transplantaci srdce. Zlepšily by se vyhlídky na uzdravení obětí infarktu myokardu. Podobně ambiciózní plány spřádají lékaři i pro léčbu dalších orgánů - jater, plic, ledvin nebo slinivky. Přečtení kompletního genomu krajty tmavé, která je v obnově hladovějícího těla hotový přeborník, by mohlo být dobrým startem k dosažení těchto ambiciózních cílů.