Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Но дело, возможно, не только в химической коммуникации.

Роль ОСБ и ХСБ как переносчиков липофильных лигандов не ограничивается феромонами и пахучими веществами. Я уже рассказывал о ретиноло-связывающем белке, липокалине, транспортирующем очень гидрофобный ретинол по кровотоку от печени к сетчатке. Нечто похожее происходит и у насекомых: ОСБ и ХСБ были найдены в глазах хлопковой совки и медоносной пчелы, где они, по всей видимости, служат переносчиками гидрокси-ретиналя – продукта окисления гидрокси-ретинола, необходимого для зрения. Скорее всего, это характерно для всех насекомых вообще. Те же или похожие белки рекрутируются для транспортировки феромонов и зрительных пигментов. Несмотря на разные функции, эти лиганды имеют одну общую физико-химическую характеристику: они очень гидрофобны и нуждаются в белковой оболочке, чтобы перемещаться внутри водной физиологической среды.

Как мы уже отметили, мочевые белки непосредственно влияют на созревание молодых самок. По меньшей мере в одном случае было продемонстрировано, что ХСБ нужен и для созревания эмбриона. ХСБ-3 у пчел есть только в яичниках и яйцах (и больше нигде в организме) – довольно необычный факт, так как ХСБ обычно присутствует в разных органах. Когда подавили ген, кодирующий этот белок, и, следовательно, заблокировали его синтез, эмбрионы перестали нормально развиваться и не смогли потом выйти из яиц.

Другой ХСБ, как оказалось, участвует в регенерации ног у тараканов. Интересно, что этот белок и его действие ученые отметили еще за несколько лет до того, как в сенсорных органах было обнаружено присутствие ХСБ и началось изучение их как одорантов и переносчиков феромонов. Если оторвать у таракана ногу на стадии личинки, насекомое ее благополучно восстановит. В процессе регенерации синтез белка, в то время именовавшегося р10 (его структура очень близка к хемосенсорным белкам), увеличивается во много раз, а по ее завершении снова падает до нормальных показателей.

Помимо вышеописанных важных для выживания задач, ХСБ и ОСБ иногда используются и в более скромных целях. В хоботке совки хлопковой и родственных ей видов ХСБ содержится в больших количествах. Есть доказательства, что этот белок работает лубрикантом, обеспечивающим прохождение жидкостей через хоботок и облегчающим сосание. Все белки являются своего рода детергентами, снижающими поверхностное натяжение воды и увлажняющими поверхности, находящиеся в контакте с растворами. Ныряльщики частенько смачивают слюной стекло подводных масок, чтобы на внутренней поверхности не образовывались капельки воды.

Количество ОСБ и ХСБ, выполняющих и другие задачи помимо химической коммуникации, постоянно растет, потому что ученые постоянно расширяют поле исследований и одну за другой опровергают гипотезы, раньше стоявшие на пути прогресса. Сама идея, что некий инструмент (например, белок) используется только для одной какой-то цели в одном органе и обладает одной специфической функцией, в биологии не работает и в качестве обоснованной гипотезы выступать не должна. Напротив, как только эволюция вырабатывает особенно эффективный прием или механизм, система начинает защищать его от дальнейших изменений.

Очень наглядный пример – родопсин, белок, лежащий в основе функции зрения и регистрирующий свет. Он есть у всех живых существ, от примитивных водорослей до людей, и от вида к виду практически не меняется. Столь полезные инструменты организм адаптирует и под другие задачи, тоже практически не меняя их сути. Так образуется суперсемейство белков. Сам факт, что многие белки организуются в суперсемейства, лучше всего свидетельствует, что природа сумела создать очень успешное соединение, пригодное для выполнения множества не связанных друг с другом задач. Суперсемейство липокалинов, наверное, лучший пример такого явления.

Суперсемейство, к которому принадлежат ОСБ позвоночных, включает также и другие липидо-связывающие белки с иными функциями – в частности, связывающие ретинол и жирные кислоты. К нему относятся даже некоторые ферменты и мембранные белки, а еще – β-лактоглобулин, в изобилии содержащийся в молоке. Его функция нам до сих пор непонятна. Всех их объединяют некоторые общие моменты в последовательности, но прежде всего – очень похожая компактная структура, даже у тех членов семейства, которые лишь очень отдаленно родственны друг другу.

Подобный сценарий (как у липокалинов и ОСБ позвоночных), оказывается, есть и в мире насекомых. ОСБ и ХСБ, судя по всему, лишь самая верхушка айсберга, намекающая, что в области химической коммуникации и за ее пределами существуют и более крупные семейства белков с разными функциями [7].

Мы точно знали, что они существуют, и даже неплохо представляли, как они должны выглядеть.

Это не мешало им ускользать от всех попыток их найти.

Идентификация ольфакторных рецепторов стала результатом целой серии событий. Открытие ОСБ впервые показало, что к обонянию можно применять биохимический подход, а заодно предоставило нам нужные инструменты и даже подсказало маршрут. Но тут на сцену вышла и принялась стремительно развиваться молекулярная биология – уже со своим инструментарием, позволяющим изучать гены и кодирующую белки последовательность ДНК. Это позволило значительно сократить путь к рецепторам. Самым крупным шагом вперед, вероятно, стоит считать изобретение новейших (на тот момент) техник умножения последовательностей (репликации) ДНК, то есть быстрого и несложного получения миллиардов копий. Особенно важно это было для изучения генов с малым количеством копий, например тех, которые кодируют ольфакторные рецепторы.

Именно из-за крошечных объемов этих рецепторов в ольфакторном эпителии многие исследовательские группы, вдохновленные успехами ОСБ, и терпели крах все предшествующее десятилетие. Пользуясь биохимическими методиками, они время от времени получали результаты, но весьма скудные и двусмысленные. Впрочем, никакие другие группы повторить их все равно не смогли. Всякое научное открытие непременно должно быть подтверждено, а ваши результаты – повторены другими учеными; только после этого его принимает научное сообщество. Так как раз получилось с ОСБ – интерес к ним вспыхнул мгновенно после того, как американские коллеги сумели воспроизвести результаты наших опытов.

Ничтожные количества мембранных белков сами по себе уже сильно затрудняли идентификацию. Но еще труднее оказалось иметь дело со слишком большим количеством рецепторов, которых у каждого вида по несколько сотен – согласно имеющейся в нашем распоряжении информации по геному. Все они отличаются друг от друга, но так близки по химическим свойствам, что изолировать их нет практически никакой возможности.

Необычайная сложность ольфакторного кода до сих пор оставалась для большинства ученых загадкой. Обонятельную систему очень хотелось видеть простой и элегантной, подобно зрительной; ученые надеялись, что вся она сводится к нескольким элементарным ощущениям. Увы, очень скоро от этой надежды не осталось камня на камне.