Загадка обоняния скрыта в коре головного мозга

За восприятие запахов отвечает одна из сложнейших систем человеческого мозга. Фото Reuters

Сразу несколько исследовательских групп в мире приблизились к выяснению механизмов восприятия запахов человеком. Одним из итогов расшифровки генома Homo sapiens стал факт, поразивший ученых: оказалось, что за синтез в клетках неисчислимого множества протеинов (белков) отвечает мизерное количество генов. Ситуацию несколько прояснили исследования, которые по косточкам разобрали ферментативную систему манипулирования ДНК, и в частности так называемого сплайсинга. Последний позволяет при небольшом количестве генов получать значительно большее число протеинов.

Недавно был прочитан геном мужчины, похороненного 4500 лет назад в холодной пещере Мота, расположенной в одном из холмов Северной Эфиопии. Сухой прохладный микроклимат пещеры способствовал сохранности ДНК. Проведенный анализ подтвердил происхождение предков современных людей из Африки и наличие обратной волны переселения из Евразии. Так, в Восточной Африке евроазиатский геномный «багаж» достигает 25%, а в Южной Африке таких генов 5%.

Основную массу полушарий человеческого мозга составляют клетки глии («клея» белого вещества), в то время как его «плащ» представлен многослойной корой, толщина которой достигает 1,5–2 мм. Многообразие генов проявляется в мозаике типов нейронов и их электрических свойств. В кубике коры со стороной 0,133 мм насчитывается до 30 тыс. нервных клеток более 50 типов и 200 подтипов. И все они проявляют разную активность.

Одна из древнейших систем мозга – обоняние, сложность которого затрудняет исследование. Поэтому ученые концентрируют свое внимание на так называемых грибовидных телах в мозге мухи, состоящих из 2000 нейронов. Разрушение этих тел приводит к «сдвигу» поведения самцов, которые начинают ухаживать за самцами. Недавно открыты 34 «внешних» нейрона с точно известной локализацией, которые отвечают за формирование памяти о различных стимулах, и в частности о запахах и ароматах, которым мухи отдают предпочтение. Отростки нервных клеток соединяют между собой оба образования.

Компьютерный анализ показал, что отростки упомянутых выше 30 тыс.  нейронов образуют до 10 млн контактов и 200 млн синапсов, или точек передачи сигналов между клетками. Синапсы представляют собой микропространства («синаптические щели»), в которые один нейрон выделяет нейротрансмиттеры (медиаторы), связывающиеся с белковыми рецепторами на другом нейроне.

Многие рецепторы имеют ионный канал диаметром 1–2 нанометра, по которому проводятся ионы кальция, хлора, натрия и калия. Открытие канала происходит под действием нейротрансмиттера, а возникший ионный ток приводит к возбуждению или торможению активности нервной клетки. Ее отростки находятся в постоянном тепловом движении (вибрациях), нарушающем молекулярные взаимодействия. Упрочению межклеточных связей помогают белковые молекулы адгезии (слипания). Известно, что нарушение генов адгезивных белков ведет к утере обоняния, нехватке спермиев и нарушениям целостности кожных покровов (синдром бабочки) и развитию ракового состояния клеток.

Еще одна новость – об исследованиях генетических истоков синдрома Дауна, казалось бы, не имеет отношения к способности распознавания запахов. Однако это не так.

Напомним, что синдром Дауна развивается в случае, когда у 21-й пары хромосом появляется лишняя, третья Х-хромосома. Моделирование этого синдрома у мух требует смены состояния одного из их генов (Dscam – Down syndrome cell adhesion molecule). Он имеет сложную структуру, общее число молекул РНК, программирующих синтез белков, достигает 38 тыс. В Университете штата Коннектикут в Фармингтоне с помощью созданного в Оксфорде миниатюрного секвенатора размером со смартфон, читающего последовательность букв (нуклеиновых кислот) генетического кода, «опознали» 8 тыс. В итоге ученые пришли к выводу, что каждый нейрон в мозге дрозофилы уникален, уникальны и мозги отдельных мух.

Незадолго до сообщения, пришедшего из Коннектикута, было установлено, что в каждом нейроне человека насчитывается не менее тысячи мутаций. С учетом всего этого не приходится удивляться наличию как парфюмерных «композиторов», так и людей, плохо различающих запахи. У женщин - две Х-хромосомы, в которых «сидят» гены адгезивных молекул, тоже хорошая чувствительность к духам, особенно других представительниц слабого пола и уж тем более соперниц.