Zvětšit obrázek

Od roku 1991, výzkumníci předpokládali, že všichni obratlovci a bezobratlí vnímají vůně a pachy s použitím složitého biologického orgánu, téměř jako aparatury Rube Goldberga. Je to, jako kdybyste stiskem tlačítka domovního zvonku spustili složitý sled důkladně propracovaných, i když někdy poněkud šílených, kroků, které vedou k poměrně jednoduché činnosti, jakou je otevření dveří. Nejlépe to pochopíte na animaci, když si otevřete stránku http://rubegoldberg.com/

Výsledky výzkumu, publikovaného v dubnu na internetové mutaci časopisu Nature, který spojenými silami provedli výzkumníci z Rockefeller University a University of Tokyo, vedly k senzačnímu odhalení – hmyz si přisvojil strategii k detekci vůní, která je radikálně odlišná od ostatních organismů. Jde o neočekávaný a kontroverzní objev, který by mohl nabourat dosavadní vnímání evoluce.

 

Kazushige Touhara

V případě schopnosti hmyzu vnímat pachy výzkumníci věřili, že jak jsou molekuly neseny vzduchem do „hmyzího nosu“, zachytí se na speciální bílkovinné struktuře („G-protein coupled odorant receptor“) na povrchu buňky a spouští řetězec podobně propracovaných kroků k otevření sousední molekulární „brány“, signalizující nervovým centrům, že je přítomen nějaký pach.

„Tento způsob je vlastní hlísticím, je to i způsob savců a všech známých obratlovců,“ říká spoluautorka studie Leslie Vosshall, vedoucí Laboratory of Neurogenetics and Behavior at Rockefeller University. „Tak bylo vlastně bezdůvodné myslet si, že hmyz používá nějakou odlišnou strategii k detekování pachů. Ale teď se ukazuje, že hmyz aktivuje svou „bránu“ přímo.“

Tato „brána“ je vlastně kruhově uspořádaný protein, sloužící jako iontový kanál, zajišťující bezpečnou cestu pro ionty tekoucí do buňky. Když se molekuly napojí na iontový kanál citlivý k pachům, protein změní svůj tvar (podobně jako dveře mění svou pozici při otevření a zavření). Při nastavení „otevřeno“ je dovoleno miliónům iontů vplout do buňky, při „zavřeno“ se zamezuje možnosti iontů odeslat do centra signál, že je přítomen nějaký pach.
 

Vědecký kolega Vosshalové Kazushige Touhara a členové jeho laboratoře na University of Tokyo „foukali“ molekuly na buňky sloužící jako hmyzí čichové receptory. Přitom měřili, jak dlouho trvá, než se iontový kanál otevře a zaznamenávali elektrické změny způsobené ionty prostupujícími do buňky přes tento kanál.

 

Hmyz si osvojil jinou strategii k detekci vůní. Ta se od těch, co jsou známé u ostatních organismů, zásadně liší.

„Začátek elektrické aktivity se objevil příliš rychle na to, aby proběhla nějaká složitější série kroků,“ říká Vosshallová. „Navíc, otrava některých proteinů zahrnutých v G-proteinové cestě neovlivnila průchod iontů iontovým kanálem, což naznačuje, že G-proteinová signalizace není primárně zapojena do hmyzího způsobu vnímání pachů.“

 
„Tyto iontové kanály hmyzu se nepodobají žádnému jinému iontovému kanálu na Zemi,“ říká Vosshallová a pokračuje: „skládají se ze dvou proteinů, kdy jeden s druhým pracují jako tandem: čichový receptor a jeho koreceptor, Or83b.

Leslie Vosshall: „Experiment za experimentem a ta nejlogičtější interpretace je, že iontové kanály jsou přímo řízeny pachy. Ale převažující názory na tomto poli mohou odrážet experimentální zaujetí, které bylo primárně zaměřené na prověření složitějšího schématu.“

Zatímco koreceptor je stejný v každém iontovém kanálu, čichový receptor je unikátní. Spolu tvoří čichově receptorový komplex.“ Vosshallová s Touharou přesně ukázali, že tento komplex je neselektivním kationtovým kanálem, který dovoluje jakémukoliv kationtu přejít přes „bránu“.

Touhara a Vosshallová formulovali svou hypotézu iontového kanálu souběžně s prací Vosshallové na DEET (N,N-diethyl-m-toluamid) – široce využívané chemikálii v repelentech proti hmyzu, který blokuje činnost receptorového komplexu. Tento výzkum, který byl publikován ve Science minulý měsíc (stejně jako i zde na Oslu) také ukazuje, že DEET blokuje jiné proteiny, které nemají co dělat s vnímáním pachů, včetně působení v odlišných typech iontových kanálů, z nichž některé hrají důležitou úlohu třeba v lidském nervovém systému. Co mají tyto zásadně odlišné proteiny společné, je to, že všechny specificky inhibují vtékání kladně nabitých iontů do buňky. „Tento „podivný“ výsledek, který v pojednání o DEETu ukazuje, že tento repelent proti hmyzu blokuje hmyzí čichové receptory a nesouvisející iontové kanály, nyní dává smysl,“ říká Vosshallová. „Jsem naplněna optimismem, když pomyslím, čeho všeho budeme moci dosáhnout pomocí blokátorů specifických pro tuto velmi podivnou skupinu hmyzích čichových iontových kanálů.“

Zdroj:  Rockefeller University