У человека обнаружен рецептор «запаха земли»

Геосмин — натуральный бициклический летучий терпеноид с землистым запахом. Это ключевой компонент аромата первых капель дождя, имеющего особое название: « петрикор». Но также геосмином пахнут просроченная пища и затхлая вода. Его производят почвенные бактерии, такие как Nocardia fluminea, Streptomyces albus или Streptomyces albidoflavus, а также некоторые грибы, миксобактерии и цианобактерии. Геосмин может как привлекать, так и отталкивать самых разных животных, имеющих рецепторы к нему. Например, комары Aedes aegypti предпочитают откладывать яйца в местах, где пахнет геосмином. Геосмин выделяют бактерии, которыми питается нематода Caenorhabditis elegans, по-видимому, чтобы отпугнуть червя. Как показало исследование, опубликованное в Journal of Agricultural and Food Chemistry, у человека для геосмина есть специальный рецептор, OR11A1. Мы довольно чувствительны к геосмину: авторы работы отмечают, что человек может распознать чайную ложку геосмина, растворенного в 200 олимпийских бассейнах. При этом рецептор, отвечающий за его распознавание, до сих пор был неизвестен.

Чтобы обнаружить этот рецептор, авторы работы провели двунаправленный скрининг. Сначала они проверили на предмет связывания с геосмином созданную ими ранее библиотеку кДНК — IL-6-HaloTag-OR. (На поверхности клеток, трансформированных этой конструкцией, появляются рекомбинантные рецепторы, в которых обонятельный рецептор, или OR, слит с белком HaloTag — акцептором лигандов, несущих флуорофор. Эта конструкция позволяет количественно определять экспрессию.) В библиотеке были представлены 616 человеческих аллельных вариантов OR. Среди всех исследованных рецепторов человека OR11A1 оказался единственным, который связывал геосмин.

Авторы также нашли ортологи этого рецептора еще у шести видов млекопитающих: мыши, суматранского орангутана, верблюда, макаки-резуса, кенгуровой крысы Dipodomys ordii и белого медведя. «Мы хотели выяснить, сохранилось ли высокоизбирательное распознавание геосмина тем же рецептором на протяжении 100 миллионов лет эволюции млекопитающих», — говорит первый автор работы докторант Лена Болл.

Обнаружив рецептор, авторы протестировали 117 других пищевых одорантов на способность его активировать. OR11A1 реагировал также на 2-этилфенхол — еще одно соединение микробного происхождения с землистым запахом. Других агонистов рецептора с активацией, зависимой от концентрации, обнаружить не удалось.

Клонированные гомологи OR11A1 у шести других млекопитающих отличались от человеческого рецептора по чувствительности и значению ответа. Самым чувствительным оказался рецептор кенгуровой крысы, которая населяет сухие местообитания и питается опунцией и семенами кактуса, продуцирующими геосмин. Человеческий рецептор относительно слабо реагировал на низкие концентрации геосмина, но реакция резко усиливалась, когда концентрация приближалась к 100 мкмоль/л.

Интересно, что рецепторы приматов отличаются некоторыми аминокислотными заменами, которые, возможно, и объясняют их относительно низкую чувствительность к геосмину по сравнению с другими видами. Низкую чувствительность можно, в свою очередь, объяснить образом жизни гоминид: например, орангутан всю жизнь проводит на деревьях и на землю почти не спускается. В то же время запах геосмина ассоциируется с дождем и землей, поэтому для наземных видов он может быть привлекательным во время поиска воды или пищи, которую надо выкапывать. Однако у белого медведя, который почвы вообще не видит, OR11A1 не уступает мышиному и верблюжьему. Возможно, в естественном местообитании белого медведя запах геосмина также функционально значим, например, как ориентир на отдаленную сушу, или же это частный результат высокой специфичности и чувствительности обоняния у арктического хищника, предполагают авторы.

Тем не менее человеческий OR11A1 оказался способен распознавать геосмин среди продуктов жизнедеятельности секретирующих его бактерий рода Streptomyces, хотя и был менее чувствительным, чем рецептор кенгуровой крысы, который воспринимал даже наномолярные концентрации.

OR11A1 активно экспрессируется в обонятельной слизистой оболочке человека. Авторы предполагают, что это эволюционное приобретение помогает людям избегать испорченной пищи и воды. Они отмечают, что открытие человеческого рецептора геосмина и сверхчувствительные рецепторы других видов найдут применение в пищевой промышленности — например, в сенсорах для контроля качества продуктов или воды.

Люди теряют чувствительность к запахам в ходе эволюции