До сих пор обоняние оставалось загадкой. Для зрения, слуха и осязания давно существуют подробные карты того, как рецепторы организованы и как передают сигналы в мозг. Но с обонянием все обстоит иначе.
Почему такой карты не было раньше
У мыши (основной модели в исследованиях) насчитывается около 20 млн обонятельных нейронов, которые экспрессируют более тысячи типов рецепторов. Для сравнения: цветовое зрение обеспечивают всего три основных типа рецепторов. Каждый тип обонятельного рецептора распознает свой уникальный набор молекул запаха. Ученые начали идентифицировать типы рецепторов еще в 1991 году, но последующие 35 лет давали лишь общее представление о том, что рецепторы сгруппированы в несколько зон. Господствовала теория, что их расположение в значительной степени случайно — в отличие от других органов чувств.
Обоняние — это суперзагадочное чувство. Это единственное чувство, у которого дольше всего не было карты
Профессор Сэндип Роберт Датта и его команда объединили два метода: секвенирование отдельных клеток (позволяет определить, какой рецептор экспрессирует нейрон) и пространственную транскриптомику (позволяет определить местоположение этого рецептора). Они проанализировали около 5,5 млн нейронов более чем у 300 мышей. По словам профессора, они получили, вероятно, саму секвенированную нервную ткань в истории науки. Такой масштаб данных потребовался, чтобы разобраться в системе.
Что показало исследование
Результат оказался неожиданным. Вместо случайного распределения нейроны организованы в плотные перекрывающиеся горизонтальные полосы — от верхней части носа до нижней, в зависимости от типа экспрессируемого рецептора. Эта карта оказалась удивительно последовательной у разных мышей и, что самое важное, зеркально отражала организацию обонятельных карт в мозге (в обонятельной луковице). То есть обоняние устроено по тому же принципу, что зрение, слух и осязание, — просто детали долго не удавалось разглядеть.
Исследователи также выяснили, какой молекулярный механизм стоит за этой организацией. Ключевую роль играет ретиноевая кислота (производное витамина А), которая контролирует активность генов. В носу создается градиент ретиноевой кислоты, и в зависимости от своего пространственного положения (выше или ниже) нейрон получает команду экспрессировать тот или иной тип рецептора. Когда ученые искусственно добавляли или убирали ретиноевую кислоту, карта рецепторов смещалась вверх или вниз.
«Мы показали, что развитие способно организовать тысячу различных обонятельных рецепторов в невероятно точную карту, которая согласована у разных животных», — отметил Сэндип Датта.
Зачем это нужно
Потеря обоняния (например, после COVID-19 или при старении) — это не просто досадное неудобство. Она связана с повышенным риском депрессии, снижением качества жизни, а также с опасностями (человек может не почувствовать утечку газа или дым). Однако эффективных методов лечения потери обоняния сегодня практически нет.
Созданная карта дает фундаментальную основу для разработки терапий, будь то стволовые клетки, генно-инженерные подходы или интерфейсы «мозг — компьютер». Исследование опубликовано в научном журнале Cell.
Ранее Наука Mail рассказывала, как охота и земледелие переписали обоняние человека.
