Джон ЛЕФФИНГВЕЛЛ
В марте 1999 г. исследователи Линда Бак (Linda Buck), Беттина Малник (Bettina Malnic) из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School), Джунзо Хироно (Junzo Hirono) и Такааки Сато (Takaaki Sato) из японского научного центра Life Electronics Research Center в г. Амагасаки (Amagasaki) своей публикацией дали ответ на старую загадку – как нос различает такое колоссальное количество запахов [1]. Оказалось, что механизм обоняния у млекопитающих работает по комбинаторному принципу, т.е. идет процесс распознавания и переработки сигналов запаха. Вместо выделения отдельного рецептора под каждый специфический запах система обоняния использует «рецепторный алфавит», что выливается в специфический ответ на запах, перерабатываемый в нейронах мозга.
Как в языке или музыке, с целью резкого снижения числа рецепторов до реально необходимого количества система обоняния, по-видимому, использует комбинацию рецепторов (аналог словам или музыкальным нотам, или коду компьютерной программы), что, тем не менее, позволяет ей передавать широкую гамму ароматов. Как и в генетическом коде, где четыре нуклеотида (аденин, цитозин, гуанин и тимин) позволяют создавать почти бесконечное число комбинаторных последовательностей генов, обонятельная система млекопитающих также использует комбинаторный подход. Первым подтверждением этого стали результаты работы Л. Бак и ее соавторов. Когда запах возбуждает нейрон, сигнал передается по аксону в обонятельную луковицу. Эта структура, расположенная в самой передней части мозга, является центром обмена информацией о запахе. Из обонятельной луковицы сигналы ретранслируются в высшие отделы коры головного мозга, где они обрабатываются, после чего в лимбической системе генерируются соответствующие эмоции.
В указанной выше работе отдельные нейроны мыши обрабатывались набором одорантов*, и с помощью метода, позволяющего получать изображение ионов кальция, исследователи могли видеть, какие нервные клетки стимулируются в ответ на конкретный одорант. Когда молекула одоранта связывается со своим рецептором, нервные клетки реагируют на это открытием кальциевых каналов, при этом поток ионов кальция направлен внутрь клетки. Затем этот поток преобразуется в электрический ток, передаваемый по аксону как нервный сигнал.
* Одорант (от лат. odor – запах), вещество, добавляемое в газ или воздух для придания ему характерного запаха. Одорант, как правило, серосодержащее соединение. По составу одоранты классифицируют на меркаптанные (этилмеркаптан, калодорант и др.) и сульфидные (диэтилсульфид, диметилсульфид и др.). Одоризация бытового газа способствует установлению его утечек.
Разработанный метод позволяет количественно измерять поток кальциевых ионов. С его помощью показано, что: 1) каждый отдельный рецептор может распознавать много одорантов; 2) в свою очередь, отдельный одорант, как правило, распознается многими рецепторами; 3) разнообразные одоранты распознаются различными комбинациями рецепторов, что указывает на то, что обонятельная система использует комбинаторную схему кодирования запахов.
Эти результаты объясняют, как может 1000 (или около того) рецепторов различать многие тысячи разнообразных ароматов. Л. Бак и ее коллеги показали также, что даже небольшие изменения в химической структуре одоранта приводят к активизации различных комбинаций рецепторов. Именно поэтому запах октанола навевает мысли о цитрусовых ароматах, а запах сходного соединения, октановой кислоты, скорее напоминает запах пота. Было также обнаружено, что большие количества вещества связываются с бóльшим репертуаром рецепторов по сравнению с малым количеством этого же вещества. Это объясняет вариации восприятия одного и того же вещества, если его концентрации существенно различаются, например, индол при высокой концентрации пахнет гнилью, в то время как его легкое дуновение ощущается как аромат цветов.
Источник информации:
Malnic B., Hirono J., Sato T., Buck L.B. Combinatorial receptor codes for odors. Cell, Mar 5; 96(5):713-23 (1999).
Ранее опубликовано:
Леффингвелл Дж. Обоняние. Часть 2. // Пер. с английского: к.х.н. С.М. Андреев. // Англ. текст Olfaction John C. Leffingwell, Ph.D. Leffingwell & Associates, Cosmetics & Medicine.