Medicus Amicus - Нобелова награда за медицина за тайните на обонянието
Организация на обонятелната системаОбонятелната система като химичен анализатор няма равна по чувствителност и селективност. Различните живи организми обаче са в състояние да идентифицират различни количества химични вещества. По този начин рибите имат сравнително малък брой разновидности на одорантни рецептори - около сто, а мишките, според Аксел и Бък, около хиляда различни вида. Човек е надарен с много по-малък брой разновидности на обонятелни рецептори (около 350). Част от гените, отговорни за тяхното развитие, той "изгуби" в процеса на еволюция. Способността за разграничаване на миризми играе огромна роля в живота на бозайниците и е присъща на тях от ранна възраст: новородените са запознати с миризмата на майка си, с помощта на миризмата те намират източника на кърмата, от която се нуждаят. За много животни обонянието им позволява да се движат и да оцеляват в света около тях, следователно, например, при куче зоната на обонятелния епител е 40 пъти по-голяма, отколкото при хората. Как усещаме, разпознаваме и запомняме различните миризми?
Аксел и Бък откриха, че три процента от нашите гени са отговорни за генетичния код на различните рецептори за миризми върху мембраната на обонятелните рецепторни клетки. Независимо един от друг учените са показали, че определен тип обонятелни рецепторни клетки експресират съответния тип гени. По този начин има определен брой видове обонятелни рецепторни клетки и съответен брой разновидности на рецептори, които реагират само на ароматни вещества, специфични за тях (този модел е отразен в схематична фигура 1, използвайки условни цветове). Брой биологично значими молекули, причиняващихеморецепторен сигнал, поразително малък. При бозайниците рецепторите са потопени във воден разтвор - слуз. Ароматът трябва да се концентрира в слузта, да реагира със специфичен рецепторен протеин и да предизвика подходящ отговор. Първичните рецепторни протеини са сложни биологични макромолекули, чието взаимодействие с техните специфични субстрати предизвиква структурни промени, последвани от каскада от каталитични (ензимни) реакции. Химическите процеси на отговор на външния физически акт на адсорбция на молекулата на стимула се осъществяват с помощта на така наречения G-протеин. Следователно обонятелните рецептори принадлежат към групата рецептори, чието действие се медиира от G-протеини (G protein-coupled receptors - GPCR). G-протеинът активира ензима аденилат циклаза, в резултат на което в отговор на адсорбцията на една молекула върху рецепторния протеин вътре в клетката започва да протича каталитична реакция и се образуват много молекули на цикличен 3',5'-аденозин монофосфат (c-AMP). Молекулите c-AMP на свой ред активират друг ензим, протеин киназа. Последният, чрез фосфорилиране на някои клетъчни протеини, предизвиква отваряне на проводими канали за йони. В резултат на това възниква електрически импулс, предаван от аксона на обонятелната рецепторна клетка.
Сложният процес, описан по-горе, е изненадващ и уникален с това, че взаимодействието се осъществява само между определени стимулни молекули и съответните им рецептори, което е конвенционално илюстрирано на Схема № 1: зелените молекули взаимодействат с рецепторите на зеления аромат, а червените молекули, съответно, с червените. Подобна връзка между реакцията на специфична миризма и специфичния тип рецептор на индивида беше открита от изследователски екип, ръководен от Линда Бък. ЛауреатиНобеловата награда също описва подробно устройството и организацията на допълнителни структури, разположени в обонятелната луковица и участващи в сортирането, групирането и предаването на информация към мозъка. В резултат на сложното преплитане на аксоните на обонятелните рецепторни клетки (фиг. 2), сигналите от определени рецептори се групират в специални гломерули или гломерули. Аксел и Бък независимо един от друг показаха, че рецепторните клетки, носещи определени типове рецептори, събират своите сигнали в съответните гломерули. Изследователската група на Аксел, използвайки фини генетични технологии, демонстрира този модел в експериментални изследвания, доказвайки високата специфичност на гломерулите (на фиг. 1 всички структури са обозначени със съответните цветове). В гломерулите има взаимодействие между аксоните на рецептора и дендритите на митралните клетки, които образуват следващото ниво на сигнализиране. Всяка митрална клетка се активира само от един гломерул и изпраща специфична информация към мозъка. Аксел и Бък откриха, че сигналите от митралните клетки са насочени към специфични области в мозъчната кора. Тук информацията, получена от различни видове обонятелни рецептори, се комбинира в специфичен набор, който е характерен за всяка миризма. Комбинацията от получените кодове образува определен модел, наподобяващ пачуърк юрган или мозайка. Тези карти на миризмите са в основата на способността ни да разпознаваме, анализираме и съхраняваме приблизително 10 000 различни миризми.
