Запахи больше не загадка: исследователи разгадали главный секрет обоняния

Наше обоняние — сложная и удивительная система, способная различать тысячи ароматов: от морской амбры и цитрусового грейпфрута до лёгкого оттенка пробкового вина. При этом мозг опирается всего на несколько сотен обонятельных рецепторов. Швейцарские исследователи из компании Givaudan, специализирующейся на ароматах и вкусовых добавках, предложили новый способ изучения этих белков в лаборатории. Их результаты, опубликованные в Current Biology, могут изменить фундаментальное понимание того, как мы воспринимаем запахи.

Как работает обоняние: старая теория и новая загадка

Долгое время учёные исходили из концепции комбинаторного кодирования. Согласно этой гипотезе, предложенной Линдой Бак и Ричардом Акселем, каждый запах воспринимается сразу несколькими рецепторами. Мозг, в свою очередь, считывает комбинацию активированных рецепторов как уникальный "код аромата". За это открытие учёные получили Нобелевскую премию в 2004 году.

Но швейцарская группа утверждает, что картина может быть гораздо проще. Их эксперименты показывают: некоторые ароматические молекулы активируют всего один тип рецептора, а не целую их сеть. Это значит, что один белок способен отвечать за распознавание конкретного запаха, например амбры или пачули.

"Раньше у нас был очень шумный сигнал, а теперь мы видим, что он гораздо более специфичен", — отметил Андреас Натш, руководитель исследования.

Почему старые методы не работали

Исследовать обонятельные рецепторы всегда было сложно. Эти белки находятся в нейронах носовой полости, которые невозможно культивировать в лаборатории. Учёные пытались заставить клетки человека (так называемые HEK-клетки) синтезировать рецепторы, но успеха добиться удавалось редко.

"Приходится жертвовать животным каждый раз, когда хочешь провести эксперимент", — сказала химик Клэр де Марч из CNRS, объясняя, почему исследования часто проводились на грызунах.

Многие рецепторы оставались "сиротами": их связывающие молекулы — лиганды - оставались неизвестными.

Новый подход швейцарской группы

Команда Натша модифицировала обонятельные рецепторы, добавив к ним искусственно созданный участок — C-концевой домен. Эта небольшая "надстройка" помогает белку стабилизироваться и активнее синтезироваться в клетках HEK.

После этого исследователи усилили экспрессию около 400 человеческих рецепторов, тестируя реакцию каждого на сотни ароматических молекул.

Результаты впечатляют:

• один из ранее "неопознанных" рецепторов оказался чувствителен к молекуле амбры, легендарному ингредиенту парфюмерии;

• другой реагировал на древесные ноты;

• третий — на пачулол, главный компонент пачули, и его синтетический аналог;

• молекулы, создающие аромат грейпфрута, неожиданно активировали один и тот же рецептор, несмотря на различия в структуре.

Эти наблюдения поставили под сомнение идею о множественном кодировании запахов.

Сравнение теорий

Что это даёт на практике

Если метод действительно работает, он может изменить подход к исследованию запахов.

1. Парфюмерия и ароматизация. Компании смогут точнее подбирать ингредиенты и создавать устойчивые формулы без аллергенов.

2. Фармакология. Некоторые обонятельные рецепторы есть не только в носу, но и в других тканях, включая сердце и кишечник — а значит, они могут влиять на физиологию.

3. Нейробиология. Новый инструмент позволит изучать, как мозг формирует субъективное восприятие запахов.

"Если это удастся воспроизвести, это будет значительный скачок в способности методов находить лиганды для рецепторов", — отметил Джоэл Мэйнленд, нейробиолог из Центра химических чувств Монелла.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: полагаться только на животные модели для изучения обоняния.

• Последствие: ограниченная точность данных и невозможность проверить рецепторы человека.

• Альтернатива: использовать модифицированные клеточные системы in vitro, как предложила команда Натша.

Проблемы, которые остаются

Несмотря на успех, исследование не решает всех загадок. Не все рецепторы смогли быть активированы с помощью новой техники, а для некоторых популярных запахов — например, эвкалипта и сандала - подход не дал результата. Кроме того, пока не ясно, насколько лабораторные реакции совпадают с реальным восприятием человеком.

"Если вы собираетесь утверждать, что это фруктовый рецептор, заблокируйте его и посмотрите, исчезнет ли фруктовый аромат", — подчеркнул Мэйнленд.

А что если обоняние действительно проще, чем мы думали?

Если теория специфических рецепторов подтвердится, то у каждого аромата может быть свой "молекулярный ключ". Восприятие запаха станет чем-то вроде биохимического шифра: один ключ — один замок. Возможно, именно поэтому некоторые запахи, вроде амбры или пачули, вызывают у нас настолько устойчивые и узнаваемые ассоциации.

Плюсы и минусы нового метода

FAQ

Что такое обонятельные рецепторы?
Это белки на поверхности нейронов, способные связываться с молекулами запахов и передавать сигналы в мозг.

Сколько таких рецепторов у человека?
Около 400, хотя у некоторых животных — например, у собак — их более тысячи.

Что изменилось в подходе швейцарцев?
Они смогли заставить лабораторные клетки стабильно производить человеческие рецепторы, модифицируя их структуру.

Мифы и правда

Миф: каждый запах воспринимается только комбинацией рецепторов.
Правда: некоторые молекулы могут активировать лишь один рецептор — это показали последние эксперименты.

Миф: запахи невозможно точно измерить.
Правда: современные методы позволяют фиксировать реакцию белков на отдельные ароматические соединения.

Миф: обоняние — второстепенное чувство.
Правда: оно напрямую связано с памятью и эмоциями и влияет на поведение человека.

Интересные факты

1. Обонятельные рецепторы есть не только в носу, но и в коже и кишечнике.

2. У каждого человека свой уникальный "набор чувствительности" к запахам — своего рода генетический отпечаток.

3. Некоторые ароматы могут временно блокировать восприятие других — феномен, который активно изучается парфюмерами.

Исторический контекст

Путь к разгадке обоняния начался в 1991 году, когда Бак и Аксель впервые клонировали гены рецепторов запахов. Тогда казалось, что осталось лишь понять их взаимодействие. Однако с тех пор выяснилось, что рецепторы куда разнообразнее, чем считалось. Работы швейцарской команды могут стать новой главой этой истории — возможно, именно они позволят впервые связать молекулу запаха с её биологическим адресатом напрямую.