По следам обоняния

По следам обоняния

Обоняние химических веществ играет огромную роль в животном мире и у человека. Однако о молекулярных основах известно мало. Только сейчас биологам удалось найти рецептор для того или иного одоранта и продемонстрировать его специфичность. Группа молекулярных биологов из Колумбийского университета под руководством Стюарта Файрштейна обнаружила белки в мембранах нервных клеток носовой полости, которые действуют как рецепторы для связывания молекул из воздуха (Science, 9 января 1998 г.). Это запускает каскад реакций, которые в конечном итоге вызывают обонятельные ощущения в мозгу. Первым ароматом, который ученые смогли отследить, был запах мяса.

Я думаю, что этот эксперимент окажется своего рода розеттским камнем на территории обоняния.«Теперь мы можем связать одоранты с рецепторами и, наконец, разгадать это неуловимое чувство», - сказала в интервью Дарси Келли, профессор естественных наук Колумбийского университета..

1991 ученые открыли как семейство трансмембранных белков, которые они считали обонятельными рецепторами, так и некоторые гены, которые кодируют эти белки. В общей сложности они обнаружили почти 1000 рецепторов - число, которое у людей превышает только количество рецепторов в иммунной системе. Однако исследователи не могли связать отдельный рецептор с конкретным запахом, пока команда профессора Файрштейна не сообщила о своем исследовании.

Если люди могут производить 1000 обонятельных рецепторов, у них также должно быть 1000 генов для этого. Это будет от одного до двух процентов от 50 000 до 100 000 генов, предположительно присутствующих в геноме человека. «Для одной формы сенсорного восприятия это ошеломляющая цифра», - сказал Файрстейн. Теперь мы хотели бы знать, почему обоняние настолько важно, что ему посвящена целая сотая часть всего генома.

Нервные клетки в эпителии, чувствительной ткани, выстилающей носовую полость, могут обнаруживать и реагировать на исключительно широкий набор раздражителей: более 10 000 химических запахов. Они достигают этого подвига, по крайней мере частично, благодаря своим многочисленным покрытым слизью волокнам, в которых находятся рецепторы.

Firestein разработал мощный метод, чтобы раскрыть тайну запаха. Идея довольно проста: если достаточно большой набор обонятельных нейронов заставить производить определенный рецептор, то запах, который активирует этот рецептор, вызовет гораздо более интенсивную, чем обычно, реакцию, которую затем можно будет легко измерить.

Поэтому команда вставила два сцепленных гена в деактивированный аденовирус - тот же вирус, который вызывает простуду. Один ген кодирует обонятельный рецептор крысы ratI7, а другой - зеленый флуоресцентный белок (GFP). Обычно встречающийся у флуоресцентных медуз, GFP теперь используется молекулярными биологами для маркировки генетически модифицированных клеток.

Модифицированный аденовирус вводили в обонятельные нервы крыс. Около двух процентов нейронов восприняли новые гены. Клетки, несущие ratI7, также имели ген GFP и поэтому были легко узнаваемы: они светились светло-зеленым в синем свете.

Исследователи опрыскивали нервные клетки крыс одним из 74 различных запахов. Клетки содержали специфический обонятельный рецептор, который был вставлен ранее. Первым запахом, который ученые смогли приписать рецептору, был запах октаналя, альдегида, который для человека олицетворяет запах мяса.

Чжао записал электрическую активность нейронов, и была создана таблица. Активность была самой высокой, когда нервные клетки подвергались воздействию октаналя. Однако родственные вещества с травяным или фруктовым запахом не действовали на модифицированные нервные клетки. Отдельные обонятельные нервы также избирательно реагировали на октаналь, подтверждая, что белок ratI7 реагирует на это химическое вещество.

Из всех человеческих чувств обоняние наименее изучено. Таким образом, новое открытие может помочь ответить на многие вопросы. Реагируют ли сходные рецепторы на запахи одного и того же химического класса, или последовательность генов не имеет ничего общего с химией запаха? Распознают ли отдельные рецепторы несколько одорантов или отдельные нейроны имеют несколько рецепторов? И как мозг использует это обширное генетическое дно для формирования и распознавания обонятельного восприятия?

Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его онлайн- и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о результатах текущих исследований.