Светочувствительный белок чувствует вкус
Зрительные белки опсины помогают мухам почувствовать в еде небольшие концентрации ядовитой горечи.
Мы видим благодаря светочувствительным клеткам сетчатки глаза, у которых есть специальные светочувствительные белки под названием опсины. Под действием энергии света опсины меняют пространственную форму, из-за чего меняется концентрация ионов по обе стороны клеточной мембраны. В темноте постоянные потоки ионов подавляют активность нейронов (а клетки сетчатки – это нервные клетки); но когда опсины принимают световые волны и меняют форму, они закрывают некоторые ионные каналы, и нейрон получает возможность сгенерировать сигнал.
Опсинов существует очень много разновидностей: разные их типы настроены на световые волны разной длины, кроме того, они отличаются у различных организмов (свои опсины, например, есть у кораллов, актиний и медуз). Но до поры до времени никто не думал, что опсины могут делать что-то ещё, кроме как чувствовать свет – пока в 2011 году Крэйг Монтелл (Craig Montell) и его коллеги из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре не опубликовали работу, в которой говорилось, что опсины помогают дрозофилам чувствовать небольшие изменения температуры в пределах, когда температура ещё комфортна для самих мух.
Прошло ещё несколько лет, и вот сейчас в Current Biology вышла новая статья Монтелла и его сотрудников, которые утверждают, что опсины помогают дрозофилам чувствовать ещё и вкус. Исследователи изучали вкусовые рецепторы дрозофил, действуя на них аристолоховой кислотой – токсичным и горьким веществом, которое содержится в некоторых растениях.
Высокие концентрации кислоты включали вкусовые рецепторы TRPA1, вызывавшие у насекомых отвращение. Однако мухи явно чувствовали неприятную горечь и при низких концентрациях аристолоховой кислоты, которых было недостаточно, чтобы подействовать на обычные вкусовые рецепторы. Когда дрозофилам предлагали просто сладкий раствор и сладкий раствор с примесью горького вещества, мухи выбирали чистый сахар, без примесей.
Если у дрозофил во вкусовых нейронах молекулярно-генетическими методами отключали гены опсинов – все три типа, что у них есть – то дрозофилы переставали отличать сладкое от сладкого с горькой примесью, но продолжали чувствовать большие концентрации горечи. То есть всё дело было именно в светочувствительных белках. Дальнейшие эксперименты показали, что аристолоховая кислота связывается с опсинами в том же месте, где с ними связывается ретиналь – альдегид витамина А, который ловит световые волны и помогает опсину изменить пространственную форму, чтобы дать клетке возможность сгенерировать импульс. То есть опсины чувствуют горечь без своего светочувствительного модуля, при этом усиливают «горький» сигнал, позволяя обнаружить горечь даже в очень небольшой концентрации.
Может быть, у светочувствительных белков есть ещё какие-нибудь умения: может, они способны воспринимать разные виды горьких молекул, может, они участвуют и в других вкусовых ощущениях, и т. д. – дальнейшие исследования покажут, так это или не так. Авторы работы полагают, что вкусовая функция была у опсинов эволюционно первой, так как отличить горький яд от безопасной пищи более важно, чем отличать свет от тьмы. Потом, когда живые организмы стали сложнее и всё же возникла необходимость отличать свет от тьмы, к этой работе удалось приспособить уже существующий вкусовой рецептор, снабдив его добавочной молекулой-придатком для улавливания световых волн.
