Обоняние - [64]

Итак, стимулом для исследований обоняния у насекомых стали новые технологии и та практическая польза, которую может принести возможность контролировать популяции вредителей сельского хозяйства и кровососущих насекомых вроде комаров. На самом деле исследования ОСБ у насекомых ведутся гораздо активнее, чем у млекопитающих и вообще у позвоночных. Увы, несмотря на огромные объемы информации – как структурного, так и функционального толка, – собранной с рекомбинантными белками, мы еще до сих пор слабо понимаем, как именно белки участвуют в идентификации химических стимулов и зачем они нужны насекомым в таких беспрецедентных количествах. Позже мы еще вернемся к этому вопросу – после того, как представим вам главных специалистов по переводу и интерпретации химических сигналов, а именно ольфакторные белки-рецепторы, сидящие на мембране хемосенсорных нейронов.

Хемосенсорные белки

Пришло время поближе познакомиться еще с одним персонажем, участвующим в хемодетекции. В лимфе хемосенсилл у насекомых (то есть в той же самой среде, из которой удалось изолировать ОСБ) был обнаружен еще один класс маленьких растворимых белков. Как и ОСБ, они присутствуют там в очень высоких концентрациях и способны связывать одоранты и феромоны.

Эти белки получили название хемосенсорных (ХСБ), что указывает на их общую роль в хеморецепции, без ограничения одним только обонянием. В самом начале эти белки были найдены на контактных сенсиллах и считались отвечающими за вкус, но потом их выявили и на ольфакторных.

Структурно эти белки состоят из α-спиральных доменов, организованных в трехмерные укладки, совсем непохожие на ОСБ насекомых (см. рис. 24). ХСБ тоже очень компактны и стабильны, что вместе с липокалинами и ОСБ насекомых открывает им обширные технологические перспективы.

Не обонянием единым

Уникальная стабильность и эффективность всех трех классов изученных нами белков, ОСБ млекопитающих, ОСБ насекомых и ХСБ, и их способность связывать широкий спектр химикатов, сравнимый с количеством встречающихся в природе одорантов, видимо, и отвечают за то, что эти белки содержатся во многих органах и тканях помимо носа и хемосенсилл.

Трансляция химических сигналов

Как только ученые сумели изолировать образец коровьего ОСБ, они тут же подвергли его секвенционному анализу, чтобы понять, к какому классу белков он может относиться. Еще до наступления эры геномов у них в распоряжении была большая база данных по последовательностям белков: естественно, они надеялись найти параллели с чем-то уже изученным. Им хватило коротенького сегмента последовательности, всего в 25 аминокислот, чтобы выявить заметное сходство с маленькими растворимыми белками, присутствующими в моче мышей и крыс.

ОСБ – переносчики феромонов в моче грызунов

Эти белки, получившие название ОМБ (основные мочевые белки), были описаны еще в 1965 году, но два десятилетия спустя их функции все еще оставались для науки загадкой. Один факт не давал ученым покоя: эти ОМБ выделялись в мочу мышей в количестве до 10 миллиграммов в день – это примерно 10 % азотного баланса животного. Такую колоссальную трату энергии должно что-то оправдывать, какие-то очень важные функции.

Любопытно, что значительное сходство между ОМБ и ОСБ в итоге пролило свет не на функции ОСБ, а на присутствие ОМБ в моче, убедительно разрешив загадку двадцатилетней давности. Логично было предположить, что, если ОСБ связывают одоранты и феромоны, ОМБ тоже будут работать с подобного рода лигандами. Впоследствии это было экспериментально доказано Андреа Каваджони, который обнаружил и еще один, более интересный момент: изолированные из мышиной мочи ОМБ оказались нагружены химическими веществами, которые ученые уже идентифицировали как мышиные феромоны.

Иными словами, задача этих белков заключалась в том, чтобы связывать феромоны и сохранять их в водной среде урины. Почти все виды животных маркируют свое присутствие феромонами, а некоторые используют в качестве переносчика именно мочу. Если феромон из-за своей гидрофобной природы (непосредственно связанной с волатильностью) плохо растворяется в воде, ему на помощь приходит белок, обеспечивающий гидрофобную микросреду у себя в связывающей полости. Но и это еще не все: внутри белка молекула феромона надежно защищена от разлагающего действия факторов окружающей среды, и ее летучесть падает. Упаковывая свое любовное послание потенциальным партнерам в белок, мышь делает рекламу более долгоиграющей.

ОСБ как феромоны

Но достаточно ли этого, чтобы оправдать такой дорогой конверт для романтической записочки? Скорее всего, нет. Карла Мучиньят, работавшая в то время с Андреа Каваджони, задумалась, не может ли и сам белок в чем-то выполнять функции феромона. Заметим, что ОМБ водятся только у самцов и контролируются гормонами: их выделяют только взрослые половозрелые особи мужского пола. Следовательно, их функции нужно искать где-то в репродуктивной сфере.

Карла стала впрыскивать очищенный белок безо всякого лиганда в носовую полость юных самочек. Оказалось, что у особей, получавших ОМБ в контрольной выборке, репродуктивные органы созревали быстрее. Эксперимент, таким образом, показал, что не только связываемый лиганд, но и сам белок-переносчик тоже выступает в качестве феромона. ОМБ – не просто коробочка для подарка; он сам и есть подарок [6]. Это объясняет наблюдаемое у подопытных поведение. Когда самец оставляет мочевую метку, самки находят дорогу к нему, руководствуясь постепенно высвобождающимся запахом. Обнаружив метку, самка лижет ее и тем самым загружает белок в вомероназальный орган – специальную полость, расположенную под носом и связанную со ртом, которая как раз и занимается работой с феромонами.