Производство обонятельных рецепторов – шаг к «искусственному» носу
Обоняние является одним из самых старых и примитивных чувств, однако принципы его действия до сих пор во многом не ясны. Расшифровка этих механизмов позволит создать «искусственные носы», которые заменят собак, используемых для поиска наркотиков и взрывчатых веществ, а также облегчат решение различных задач, в том числе медицинских.
Ученые Массачусетского технологического института разработали метод массового производства обонятельных рецепторов в лабораторных условиях. Это достижение не только является шагом на пути к созданию «искусственного носа», способного помочь в решении многих вопросов, но и приближает ученых к расшифровке механизмов, с помощью которых обоняние позволяет человеку и животным различать практически бесконечно большой спектр запахов.
До сих пор попыткам изучения молекулярных основ обоняния препятствовали трудности в работе с обонятельными рецепторами – белками, обеспечивающими распознавание запахов. Ученым не удавалось синтезировать достаточное количество этих белков и очищать их до гомогенного состояния.
Обонятельная система чрезвычайно сложна, у человека она включает около 400 функциональных генов (ни одна из других функций организма не обеспечивается таким количеством генов). У животных, таких как собаки и мыши, количество генов функциональных обонятельных рецепторов достигает 1000.
Такое разнообразие рецепторов позволяет человеку и животным различать десятки тысяч различных запахов. Каждый запах активирует множество рецепторов, а формирующийся при этом профиль активации распознается мозгом как определенный запах.
Обонятельные рецепторы, связывающиеся с «пахнущими» молекулами, представляют собой мембранные белки, покрывающие поверхность клеток. Поскольку в основе клеточной мембраны лежит липидный бислой, белки рецепторов обладают выраженными гидрофобными свойствами.
При удалении из клетки и помещении в водные растворы эти белки агрегируются и утрачивают свою структуру, что делает невозможным их выделение в количествах, достаточных для детального изучения. Авторы потратили несколько лет на разработку многоступенчатого метода выделения и очищения обонятельных рецепторных белков в гидрофобных растворах детергентов.
Предлагаемая ими в настоящий момент методика представляет собой бесклеточный синтез одного из рецепторов с помощью коммерчески доступного экстракта проростков пшеницы и последующее выделение белка посредством нескольких этапов обогащения. Метод позволяет быстро получать количество белка, достаточное для проведения структурного и функционального анализа.
В августе авторы также опубликовали метод синтеза обонятельного рецептора с помощью генетически модифицированных клеток млекопитающих. Этот метод более длителен и трудоемок, чем бесклеточный подход, однако его преимущество заключается в том, что рецептор синтезируется более естественным способом.
В будущем авторы планируют вступить в сотрудничество с исследователями других стран с целью разработки портативного микрожидкостного прибора, позволяющего идентифицировать определенный спектр запахов. Помимо множества вариантов применения «искусственного носа» в промышленности, такой прибор можно использовать в медицине для ранней диагностики определенных заболеваний, обладающих характерными запахами, таких как диабет и рак легких, мочевого пузыря и кожи.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru/ по материалам ScienceDaily – 'Artificial Nose' Progress: Engineers Mass-produce Smell Receptors
02.10.2008