Под руководством Анандасанкара Рэя, доцента молекулярной, клеточной и системной биологии, исследователи опубликовали свои выводы в Интернете 8 февраля в журнале Neuron.Рецепторы запаха — это белки, которые украшают усики и сенсорные придатки на головах плодовых мух. Молекулы одоранта вставляются в них, как ключ в замок, активируя механизм обнаружения запахов в мозгу мух, чтобы вызвать такое поведение, как нахождение на спелых фруктах.
По словам Рэя, расшифровка механизма обнаружения запаха была невероятно сложной, потому что у мухи более 100 различных белков-рецепторов запаха, которые участвуют в еще более сложной схеме обработки запаха в мозгу.В своих исследованиях Рэй и его коллеги остановились на одном рецепторе одоранта, состоящем из двух субъединиц, названных Gr21a и Gr63a. Этот рецептор стал мишенью, когда первоначальные эксперименты намекали, что самое большое семейство рецепторов из семейства рецепторов одоранта не управляет притяжением мух к пахучим веществам, называемым полиаминами и аминами, в испытательной камере. Эти химические вещества поступают из многих источников, включая спелые фрукты, что делает их важными сигналами для многих насекомых.
Их эксперименты выявили рецептор Gr21a / Gr63a как виновника, потому что, когда исследователи генетически или химически отключили путь рецептора, мух перестали привлекать полиамины.«Идентификация этого рецептора сначала сбивала нас с толку, потому что в прошлых исследованиях его включение вызывало у мух отвращение, а не влечение», — сказал Рэй. «Но, к нашему удивлению, наши эксперименты показали, что влечение к полиаминам происходит потому, что они действуют как ингибиторы рецептора».
Более того, как выяснили исследователи, ингибирование не было эффектом включения-выключения, а было градуированным. Таким образом, по мере того, как мухи переходят к более высоким концентрациям полиамина, ингибирование рецепторов усиливается, соблазняя их к наивысшим концентрациям, помогая им в поисках фруктов.
Исследователи также провели эксперименты с комарами, поскольку они обладают одним и тем же рецептором.
Однако их эксперименты показали, что рецепторы у комаров функционируют 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 привлекает комаров гораздо больше, чем просто запах кожи», — сказал Рэй. «Одним из самых сильных аттрактантов является температура тела. В ходе наших экспериментов мы обнаружили, что, хотя спермидин может сделать запах кожи менее привлекательным, сам по себе он не эффективен в качестве маскирующего агента для поведения комаров по отношению к человеческим целям. Возможно, дополнительные вещества ", — 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 переносить малярию; Aedes aegypti, который может передавать вирусы желтой лихорадки, денге и Зика; и Culex, которые могут передавать вирус Западного Нила.
Рэй сказал, что их результаты также привели к более глубокому пониманию того, как механизмы обнаружения запахов обрабатывают сигналы от сложных смесей одорантов, которые муха обнаруживает в природе. Исследователи обнаружили, что запах, который подавляет рецептор углекислого газа, но является отталкивающим для 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 пианино», — объяснил Рэй. «Когда вы нажимаете больше клавиш одновременно, вы получаете аддитивное сочетание тонов.
Но мы показываем, возможно, впервые, что комбинация одорантов не обязательно аддитивна. В конечном итоге это может привести к получению результата, который представляет собой вычитание ". Такие базовые идеи, сказал Рэй, найдут применение во всей области сенсорного восприятия, даже в исследованиях на людях.В своих дальнейших исследованиях Рэй и его коллеги продолжат изучение механизмов обнаружения запахов у комаров в поисках природных химикатов, которые можно было бы использовать в продуктах, чтобы сделать комаров нечувствительными к людям. Они также расширят свои исследования на безвредной плодовой мушке Drosophila melanogaster на сельскохозяйственных вредителей, таких как пятнистая крылатая дрозофила, которая поражает ягоды и плоды деревьев, такие как персики и виноград.
Статья Neuron называется «Сигнальный режим консервативного рецептора CO2 широкого спектра — один из важных детерминант валентности запаха у дрозофилы». Ведущий автор статьи — Дайан Мак-Вильям, научный сотрудник лаборатории Рэя.
Другими соавторами являются Джоэл Ковалевски из Межведомственной программы нейробиологии, Арун Кумар и Кристал Понтрелло.Работа поддержана в основном грантом NIAID R01AI087785.