Ученые разгадали 30-летнюю тайну обоняния червей
Выживание почвенных нематод зависит от их сложного нюха. Они способны различать тысячи различных ароматов, но молекулярный механизм их обоняния сбивает с толку ученых на протяжении десятилетий.
Команда из Центра клеточных и биомолекулярных исследований Терренса Доннелли Университета Торонто разобралась в этом вопросе. Однако результаты работы выходят за рамки обоняния нематод и, возможно, изменят представление о том, как функционирует человеческий мозг, пишет Phys.org.
Профессор молекулярной генетики Дерек ван дер Кой вместе с командой предположили, что механизм обоняния червей зависит от белка, который помогает уравновесить зрение человека. Исследование было опубликовано в Трудах Национальной академии наук (PNAS) на прошлой неделе.
"У червей невероятное обоняние, это абсолютно удивительно, - считает соавтор Дэниел Мерритт. - Они могут обнаружить очень широкий спектр соединений, таких как молекулы, высвобождаемые из почвы, фруктов, цветов и бактерий. Они даже могут чувствовать запах взрывчатых веществ и биомаркеров рака в моче пациентов".
C. elegans обладают 1300 рецепторами запаха. Как и у людей, которые имеют лишь 400 рецепторов, каждый предназначен для зондирования одного типа запаха, но здесь сходство заканчивается.
В человеческом носу находятся сотни сенсорных нейронов, каждый из которых выражает только один тип рецепторов. Когда запах активирует определенный нейрон, сигнал проникает глубже в мозг, где он воспринимается как запах. Однако черви имеют только 32 обонятельных нейрона, которые содержат все свои 1300 рецепторов.
"Очевидно, что стратегия "один нейрон-один запах" здесь не работает", - отмечает Мерритт.
Тем не менее, черви могут различать разные запахи, ощущаемые одним и тем же нейроном. Новаторские исследования начала 1990-х годов показали, что при воздействии двух привлекательных запахов, когда один равномерно присутствует, а другой локализован, черви ползут к последнему. Но как это поведение регулируется на молекулярном уровне, оставалось неясным.
Авторы предположили, что черви чувствуют силу запахов. Согласно их гипотезе, слабые запахи не несут информативных сигналов и десенсибилизируются, поэтому черви игнорируют их.
Белок под названием арестин десенсибилизирует рецепторы, связанные с G-белком, воспринимающим внешние стимулы, включая запах. Арестины, например, позволяют нам регулировать зрение при ярком свете, смягчая поступление сигнала через фотоночувствительные рецепторы в сетчатке.
Команда задалась вопросом, может ли арестин также действовать у червей, чтобы рецепторы перестали воспринимать более сильный запах в пользу более слабого, если один нейрон различает их оба. Они провели лабораторные эксперименты с червями.
Без арестина черви не могли найти источник слабого запаха. Как и в человеческом глазу, щурящемся под ярким солнцем, арестин помогает удалить подавляющее ощущение - запах окружающей среды в данном случае - чтобы черви могли ощущать локализованный запах и двигаться к нему, объясняют авторы.
Это первое доказательство того, что белок арестин может точно настроить несколько ощущений. В нашем мозге присутствует множество нейрохимических веществ, которые сигнализируют через сотни различных белков. Это повышает вероятность того, что арестин у человека может быть ключом к обработке информации.
Черви помогут диагностировать рак легких. Собаки с помощью обоняния, могут выявить рак в человеческом дыхании, крови и образцах мочи. Также и круглый червь C.elegans чувствует запах раковых клеток.
Полистирол - очень популярный вид пластика, широко применяющийся в промышленности. Ученые из Университета Квинсленда в Австралии выяснили, что суперчерви - личинки жуков-чернецов Zophobas morio любят питаться этим веществом, а их кишечные ферменты легко его перерабатывают.
Исследователи выявили уникальную особенность ферментов слюны воскового червя. Они за короткое время разлагают пластик при комнатной температуре.