A オオトカゲタンパク質の機能分析と 汚れた エコロジー。
この調査情報は、ウェブサイトをすぐに開始するために、著者のAlexandraMatossianから直接提供されたものです。彼女とMattMcDowell @Arboreal Obsurcitiesに感謝します！ Venomusの調査中のメディアセクションで、A。Matossianによる短いビデオプレゼンテーションもチェックしてください。
NSF助成金の提案
マトシアン-
IOS予備提案：オオトカゲ毒タンパク質と食事生態学の機能分析。
概念フレームワークと特定の目的
オオトカゲの中で最大のコモドオオトカゲは、以前は細菌に感染した口を持っていると考えられていたため、獲物に敗血症と死亡を引き起こしていました。しかし、研究者たちは、Varanus komodoensisを広範囲に調査し、下顎に高度な毒腺を発見しました（Fry et al。、2009）。他のオオトカゲも毒腺を持っていることが示されています。 V. acanthurus、V。mitchelli、V。panoptesrubidus、およびV.varius。 V.griseusおよびV.scalarisの咬傷も、毒物の症状と一致することが示されています（Sopiev et al。、1987、Ballard＆Antonio、2001）。毒腺が存在するにもかかわらず、オオトカゲは、提案されている有毒有鱗類の他のメンバーである蛇とドクトカゲに存在する特殊な歯列送達システムを欠いています（Fry et al。、2006）。オオトカゲはまた、攻撃者に尻尾をむち打ちしたり、口と爪を使って獲物を討伐したりするなど、捕食と防御のいくつかの手段を備えています（Fry et al。、2009）。
食事は毒の変動性の進化において主要な役割を果たすことが示されています（Barlow et al。、2009）。 B. jacaraに見られるように、食餌の個体発生的な変化でさえ、毒の組成に変化を引き起こす可能性があります。これは、生涯を通じてほぼ完全に吸熱を捕食するウルトゥーでは見られません（Andrade and Abe、1999）。バラニドは食餌が大きく異なります。属の大部分は肉食性ですが、いくつかの果食動物（V. olivaceus、V。bitatawa）や、主に甲殻類を食べるV. dumerilliなどの他の専門家もいます（Brandenburg、1983）。したがって、オオトカゲの毒組成が食事によっても異なる可能性を示唆することは合理的です。
この提案された研究は、主にオオトカゲ毒の生態学的機能に焦点を当てます。毒の主な機能は捕食を助けることですか？私は、米国で入手可能な3種のオオトカゲの毒プロテオームの調査に焦点を当てます：V。acanthurus、V。panopteshorni、V。panoptesのニューギニア亜種、およびV.komodoensisの最も近い親戚であるV.salvadorii。これは、HPLC、N末端シーケンシング、質量分析からデータを収集し、BLAST分析を使用してバラニド毒に存在する既知のタンパク質ファミリーを決定することによって行われます。この研究はまた、毒の特徴を決定する上で食事が果たす役割を理解しようとしています-オオトカゲの毒は、その好まれる獲物の種に関して種によって異なりますか？毒液に同じタンパク質を持っているヘビの餌の分析は、各オオトカゲ種の餌と比較されます。
理論的根拠
他の捕食手段（例えば、収縮）を発達させるか、または食欲をそそる食餌を発達させる種は、毒生成の高いエネルギーコストのために、毒腺および毒送達システムの急速な変性を受けることが示されている（Fry et al。、2012 ）。 V.komodoensisとV.variusの腺のサイズと毒液収量を考えると、彼らの生物学は毒液が重要な機能を持っていると主張しています（（Barlow et al。、2009）。さらに、コモド毒腺の複雑さが研究されています。種は下顎に沿って漿液腺を持っており、中央の管腔と歯の基部につながる導管があります。この研究では、AVIT、CRISP、カリクレイン、ナトリウム利尿剤、PLA2などのV.コモドオオトエンシス毒に存在する毒素の多様性も記録されています。低血圧、抗凝固、炎症の刺激、および平滑筋麻痺を引き起こします（Fry et al。、2012）。
オオトカゲは頻繁に頭を振ったり、獲物を爪で破壊したり、動物を征服するためにトラウマを与えたりします。トカゲが獲物を噛むのを単に許可するだけでは、毒の効能に関して有用なデータは提供されません。 たとえば、V。komodensisは大きな鋸歯状の歯を持っており、毒に加えて大きな獲物の動物に深い平行な傷を負わせるグリップアンドリップ戦略を採用しています。これはオオトカゲの捕食行動の主要な要素であり、すでに述べた抗凝固作用と降圧作用を考慮して、獲物がすでに身体的外傷と失血を経験している場合にのみ毒が有効になる可能性があることに注意することが重要です（Fry etal。 、2009）。
仮説
質問1：なぜオオトカゲは高度な毒腺を持っているのですか？ Q1仮説1：オオトカゲ毒の主な機能は、抗凝固タンパク質因子とショック誘導による捕食を助けることです。この分析は、毒液が抗凝固因子を持っていることを予測しています。抗凝固因子は、モニターによる負傷による獲物の血流を機能的に増加させ、血圧を低下させる可能性もあります。また、果食性のオオトカゲは退化した毒腺を持っていると予測しています。
質問2：オオトカゲの毒液は種間で組成がどのようにそしてなぜ異なるのですか？ Q2仮説1：オオトカゲ毒の特定の毒性タンパク質は、彼らの好む獲物に最も効果的であるように選択的に進化しました。したがって、毒は食事が大きく異なるオオトカゲの間で異なります。また、オオトカゲの毒は、さまざまな種にさまざまな影響を与える可能性があり、最も一般的に捕食されるものに最も効果的です。各バラニド種が最も好む獲物種を評価するために、オオトカゲの捕食の他の編集物と比較して、バラニド食餌の複数のその場観察を分析します。 Q2仮説2：地理的変異と種分化により、毒タンパク質の多様化が可能になりました。 Crotalus scutulatus scutulatusの個体群は、地理的変動に基づいてさまざまな種類の毒を生成し、範囲が統合されると、3番目の種類の毒の結果が得られます（Glenn＆Straight、1989）。この仮説は、地理的および進化的な違いが大きいほど、毒の組成と濃度に大きな違いが生じることを予測しています。地理に基づいて有意差を結論付けるには、より多くのバラニド種が必要ですが、この研究では、V。acanthurusはオーストラリア北西部から十分に離れており、ニューギニア南部で範囲が重複するV. panopteshorniとV.salvadoriiから離れています。 V. panopteshorniとV.salvadoriiのデータは、V。acanthurusと比較して関連性の程度について分析されます。
リサーチデザイン
毒の抽出
オオトカゲの毒液抽出の標準プロトコルはないので、オオトカゲの生理学的差異を補うためにいくつかの変更を加えて、Heloderma毒液抽出のガイドラインに従います。
トカゲは、首と肩の付け根で動物をしっかりとつかむことにより、飼育員と動物への怪我のリスクを最小限に抑えて安全に取り扱われます。これは、小さな動物の場合は親指を包みながら中指と薬指の間に首を置くことによって行われ、大きな動物の場合は片方の手を首に巻き付けることによって行われます。次に、動物はテールベースでつかまれて空中に持ち上げられ、首と胸を手で支え、もう一方の手は腰と後ろ足の下に保持されます。次に、トカゲが体の近くに引き寄せられ、尾が腕と腹部の間、または脚の間で押されます。尾が固定されていない場合、トカゲはそれ自体を解放するために防御的な鞭でそれを傷つける危険があります。
トカゲは柔らかいゴム製のチューブ（子牛の搾乳に使用される滅菌乳首はケンタッキー爬虫類動物園によって非常に効果的であると報告されています）を口の後ろに向かって繰り返し噛むように誘惑され、毒腺は穏やかにマッサージされてその後、口から直接ピペットで採取される毒液の放出。オオトカゲは下顎に毒腺しかないため、ピペットは口のその領域から引き出されます。一部の毒液もチューブに集まる可能性があるため、このプロセスは、ヘビ用の従来の毒液収集メカニズムを介して実行され、すべての毒液がプロセスで確実に捕捉されるようにします。
ガラガラヘビの毒液は、117℃まで変化する貯蔵条件の影響をほとんど受けないことが示されています。そのため、毒液の保存温度はあまり気にせず、常温で保存しています。
飼育下の畜産
毒は作るのにエネルギーを必要とするので、毒のために搾乳されるオオトカゲは、ストレスや毒の生成による代謝の高まりの結果として体の状態が低下しないように、十分に給餌する必要があります。各個人は、最大14日ごとに抽出されます。彼らは様々な餌を与えられます 自然界で捕食するものを模倣した凍結融解した全獲物の餌、抽出後、または隔日で提供される餌。
トカゲは、自然環境を模倣した温度、調度品、湿度、降水量、および光の周期（UVA / UVBを含む）を備えた囲いの中で維持されます。それぞれの種は、地理的な変動と要件に基づいて特別に満たされ、同じ種のすべての個体にわたって一定に保たれます。個体は、幅が少なくとも1体長、高さと長さが2体長である別々の囲いに収容されます。陸生種は、女性の適切なサイクリングを可能にし、湿度の維持を助け、自然な行動を豊かにし、サポートするために、最低18インチの土を提供しました。淡水はいつでもご利用いただけます。各動物には、完全に沈むのに十分な大きさの浴槽が与えられ、これは毎日交換されます。すべての動物は性的に成熟しています。動物へのストレスを軽減するために取り扱いは最小限に抑えられますが、ケージのメンテナンスは毎日行われます。
テスト
毒が獲物を無力化するのを助けるという仮説をテストするために、毒は3種のオオトカゲから集められます。 V. acanthurus、V。panopteshorni、およびV. salvadoriiは、米国内で入手可能であるため、特に飼育下繁殖標本として、またすべてがインドオーストラリアのオオトカゲであるにもかかわらず種間で明確な違いがあるために選択されました（Fitch et al 、2006）。 V. acanthurusは、主に昆虫を食べるオーストラリア産の矮性の陸生オオトカゲです。 V. panoptes horniは、ニューギニアの中型の陸生モニターであり、脊椎動物と無脊椎動物の両方で等しく捕食者であるジェネラリストです。 V. salvadoriiは、ニューギニア産の大型の樹上性トカゲで、鳥、卵、哺乳類をほぼ独占的に食べます（Arbuckle、2009）。
毒物学的分析は、これらの種から収集された粗毒に対して実行されます。毒素は、オオトカゲ種と他の毒爬虫類の間で共有されている毒素を決定するために分離されます。抽出時に、毒の量、体重、およびSVL（鼻から通気口までの長さ）に関して測定が行われます。 ANOVAテストを使用した比較分析が実行されます。これは、オオトカゲが生涯を通じてさまざまなアイテムを捕食するため、特にサイズに基づいて、種内の毒に違いがあるかどうかを判断するためのものです。ただし、この研究で使用されたすべてのオオトカゲは、性的に成熟した成虫です。
毒液を収集し、毒液分析を行うことにより、毒液腺を有することが知られているこれらの3つの種を用いて毒液プロテオーム試験を実施します。これは、逆相高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を使用した粗毒分析から始まります。各タンパク質画分は、分子量とシステイン含有量のN末端シーケンシングと質量分析による測定によって特徴付けられます。単一のN末端配列、分子量、および単一の電気泳動バンドを持つタンパク質は、BLAST分析を使用して特徴付けられます。 BLAST分析から、オオトカゲが新しい毒素を持っていない限り、既知のタンパク質ファミリーを識別できるはずです。これは、この意図された研究の範囲を超えています。このアプローチにより、ヘビ毒の高度なシーケンスと分析が可能になりました（Bazaa et al。、2005、Calvete et al。、2007）。 ANOVAは、3つの種のそれぞれに存在する毒素の間に有意な変動があるかどうかを判断するために実行されます。
各種の毒によって最も影響を受ける獲物を分離し、それがその種の自然食の観察と一致するかどうかを確認するために、さらに分析が行われます。これは、既知のヘビ毒タンパク質と、さまざまな種に対するそれらの影響を、オオトカゲ毒のBLAST分析で見つかったタンパク質と比較することによって推定されます。
全体として、私はオオトカゲ毒の中に存在するタンパク質を分析して配列決定しようとしています。また、種固有の毒素、それらの相対的な存在量、およびオオトカゲの好む獲物種の間の可能な関係を分析しようとします。
提案された作業のより広範な影響
獲物の種類のいずれにもバラニド毒の有意な影響がない場合、捕食を助けないのであれば、オオトカゲの毒の生態学的機能が何であるかを決定するために、さらなるテストが必要です。一部の研究者は、オオトカゲの捕食の攻撃的な物理的性質のために、毒を持っているオオトカゲの生態学的目的はおそらくないだろうと主張しています（Sweet、2016年）。エネルギー的に高価な毒腺の変性を観察できる可能性があるため、これは依然として重要です。抗菌/駆虫特性、および消化酵素と特性についてテストすることは、この研究の結果に関係なく行う必要があるさらなる研究です。クサリヘビ、コブラ、ナミヘビでは、毒には複数の機能があるため、毒はバラヌスにも複数の機能を果たしている可能性があります。
オオトカゲの毒がその獲物の種類のいずれかに重大な影響を与える場合、それは複数の点で重要です。第一に、それは提案された有毒有鱗類のクレードに追加のサポートを提供します。これは、すべての爬虫類が共通の毒を生成する有鱗目の祖先から派生していることを示唆しています。爬虫類の系統発生学は絶えず進化しているので、この研究は理論を支持または反駁するためのさらなる証拠を提供します。第二に、有鱗目の生化学的経口分泌物はさらなる研究が必要であることを示しています。これは、オオトカゲ科のメンバーが細菌に感染した口だけでなく毒を持っていることが最近提案されたためです。第三に、すべての州が毒ヘビの私的飼育に関する規制を持っているため、ペットの取引に影響を及ぼしますが、オオトカゲは規制が少なく、より一般的に飼育されています。最後に、この研究は、オオトカゲ毒を医療技術として使用する可能性を開くのに役立つ可能性があります。カプトプリルとチロフィバンは、それぞれACE阻害薬と抗血小板薬であり、ハララカとカーペットバイパーの毒液から分離されました。オオトカゲの毒には、人間の生活を向上させる治療薬や医薬品の作成に利用できる毒素も含まれている可能性があると思います。
参照リスト
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