Биологи из Калифорнийского университета в Риверсайде неожиданно обнаружили, что на сложный механизм обнаружения запахов плодовой мушки дрозофилы сильно влияет один специфический рецептор запаха. Этот же рецептор также существует у видов мух, повреждающих урожай, и у комаров-переносчиков болезней, что открывает возможность для новых химических коктейлей для борьбы с вредителями и делает людей «невидимыми» для комаров.
Во главе с Анандасанкаром Рэем, адъюнкт-профессором молекулярной, клеточной и системной биологии, исследователи опубликовали свои выводы онлайн 8 февраля в журнале Neuron.
Рецепторы запаха - это белки, которые украшают антенны и сенсорные придатки на головах плодовых мушек. Молекулы пахучих веществ втыкаются в них, как ключ в замок, активируя механизм обнаружения запахов в мозгу мухи, чтобы вызвать такие действия, как поиск спелых фруктов. По словам Рэя, расшифровка механизма обнаружения запахов невероятно трудна, потому что у мух имеется более 100 различных белков-рецепторов запахов, которые питают еще более сложную схему обработки запахов в мозгу.
В своих исследованиях Рэй и его коллеги сосредоточились на одном обонятельном рецепторе, состоящем из двух субъединиц, названных Gr21a и Gr63a. Этот рецептор стал мишенью, когда первоначальные эксперименты показали, что самое большое семейство рецепторов из семейства рецепторов запахов не регулирует привлечение мух к одорантам, называемым полиаминами и аминами, в тестовой камере. Эти химические вещества поступают из многих источников, включая спелые фрукты, что делает их важными сигналами для многих насекомых.
Их эксперименты выявили виновника рецептора Gr21a/Gr63a, потому что, когда исследователи генетически или химически отключили рецепторный путь, мух больше не привлекали полиамины.
«Идентификация этого рецептора сначала сбивала нас с толку, потому что в прошлых исследованиях его включение вызывало у мух отвращение, а не притяжение», - сказал Рэй. «Но, к нашему удивлению, наши эксперименты показали, что влечение к полиаминам возникает из-за того, что они действуют как ингибиторы рецептора».
Более того, исследователи обнаружили, что торможение не было эффектом включения-выключения, а было градуированным. Таким образом, по мере того как мухи приближались к более высоким концентрациям полиамина, ингибирование рецепторов усиливалось, заманивая их к более высоким концентрациям, помогая им в поисках фруктов.
Исследователи также проводили эксперименты с комарами, так как они обладают одним и тем же рецептором. Их эксперименты показали, однако, что рецептор у комаров функционирует противоположным образом, чем у мух, с активацией, вызывающей влечение к одоранту.
В своих экспериментах исследователи проверили влияние полиамина, называемого спермидином, на реакцию комаров на запах человека, обнаружив, что он маскирует влечение к запаху. Однако в дальнейших экспериментах они обнаружили, что спермидин не маскирует влечение к человеческой руке.
«Человеческая рука может привлечь комаров гораздо больше, чем просто запах кожи», - сказал Рэй. «Одним из самых сильных аттрактантов является температура тела. Наши эксперименты показали, что, хотя спермидин сам по себе может сделать запах кожи менее привлекательным, сам по себе он не эффективен в качестве маскирующего агента для поведения комаров по отношению к людям. Возможно, дополнительные вещества Это может блокировать механизм восприятия человеком тепла или влажности. Тем не менее, это ценный шаг вперед к такой смеси», - добавил он, отметив, что такой коктейль из натуральных химикатов может быть безопаснее, чем широко используемый репеллент ДЭТА.
В лаборатории Рэй и его коллеги работают с тремя основными видами комаров-переносчиков болезней: комарами Anopheles, которые могут передавать малярию; Aedes aegypti, которые могут передавать вирусы желтой лихорадки, денге и Зика; и Culex, которые могут передавать вирус Западного Нила.
Рэй сказал, что их результаты также привели к более сложному пониманию того, как механизм обнаружения запахов обрабатывает сигналы от сложных смесей одорантов, которые муха обнаруживает в природе. Исследователи обнаружили, что запах, подавляющий рецептор углекислого газа, но вызывающий отвращение у мух, становится аттрактантом, когда они повышают уровень углекислого газа в окружающей среде, что обнаруживается рецептором Gr21a/Gr63a..
"Раньше мы думали о запахах, как о клавишах на пианино", - объяснил Рэй. «Когда вы одновременно нажимаете больше клавиш, вы получаете аддитивную смесь тонов. Но мы показываем, возможно, впервые, что комбинация одорантов не обязательно является аддитивной. вычитание». Такие базовые идеи, по словам Рэя, найдут применение во всей области сенсорного восприятия, даже в исследованиях человека.
В дальнейших исследованиях Рэй и его коллеги продолжат изучение механизма обнаружения запахов у комаров в поисках природных химических веществ, которые можно использовать в продуктах, делающих комаров нечувствительными к человеку. Они также распространят свои исследования безвредной плодовой мухи Drosophila melanogaster на сельскохозяйственных вредителей, таких как пятнистая дрозофила, которая поражает ягоды и плоды деревьев, такие как персики и виноград.
Название статьи в Neuron: «Сигнальный режим консервативного рецептора CO2 широкого спектра является одним из важных факторов, определяющих валентность запаха у дрозофилы». Ведущим автором статьи является Дайан МакВильям, научный сотрудник лаборатории Рэя. Другими соавторами являются Джоэл Ковалевски из Межведомственной программы нейробиологии, Арун Кумар и Кристал Понтрелло..
Работа в основном поддерживалась грантом NIAID R01AI087785.