Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах

Ольфакторные нейроны обладают потрясающей способностью очень быстро восстанавливаться. Ученые установили, что их период обновления составляет всего две недели. Такая регенерация особенно поражает воображение, учитывая, что нейроны головного мозга уже почти полностью утратили эту способность. Во взрослом возрасте наш мозг ежедневно теряет некоторое количество нейронов, которые потом не восстанавливаются. Ольфакторные нейроны обновляются так легко из-за присутствия в эпителии примитивных и многофункциональных стволовых клеток, которые способны превращаться в более чем 1000 типов разных ольфакторных нейронов. Более того, ученым удалось получить нормальных, здоровых мышей, имплантируя ядро зрелого ольфакторного нейрона в яйцеклетку. Эти назальные стволовые клетки в последнее время очень пристально изучают: возможно, ими удастся заменить эмбриональные стволовые клетки, которыми сейчас пользуется медицина.

Рисунок 20. Обонятельный эпителий расположен в верхней части носовых пазух. Ольфакторные нейроны (ORN) сидят внутри обонятельной слизистой в окаймлении поддерживающих (SC) и прочих клеток, высовывая хвостики во внешнюю среду. Хвостики заканчиваются пучками ресничек, покрывающих открытую запахам поверхность. На другом конце нейрона длинный аксон проходит через решетчатую кость черепа и достигает обонятельных луковиц (ОВ), где каждая гломерула (G) собирает сигналы от всех ольфакторных нейронов, реагирующих на данный запах, и посылает информацию в центральные области мозга.

Ольфакторный нейрон, очень напоминающий нейроны головного мозга, состоит из клеточного тела и двух длинных хвостиков. Первый пронизывает всю толщину эпителия и достигает внешней среды. Здесь он выходит в окружающую среду пучком ресничек, похожих на лепестки цветка и готовых улавливать молекулы одоранта. На самом деле основное назначение этих ресничек – увеличивать поверхность контакта между нейроном и окружающей средой.

Именно на поверхности ресничек как раз и расположены рецептивные белки, вставленные в клеточную мембрану. Эти белки сторожат вход в нервную систему, словно солдаты на воротах в окруженный стенами город; их задача – проверять верительные грамоты у каждой новоприбывшей молекулы и передавать принесенное ей послание внутрь клетки. На этом этапе происходит распознавание и различение разных химических структур, а клетка производит электрический импульс. Весь процесс зависит от того, насколько идеально молекула одоранта вставится в соответствующую полость белка-рецептора.

Другой хвостик нейрона, именуемый аксоном, проходит через решетчатую кость и достигает мозга, где устанавливает синапсическую связь со вторым слоем нейронов. Это зона сбора и распределения ольфакторных сигналов; она состоит из двух обонятельных луковиц, которые находятся прямо под фронтальной областью мозга: одна – слева, другая – справа. Из обонятельных луковиц сигнал передается в центральные области мозга, где проходит дальнейшую обработку, оценку и сравнивание с хранящимися в памяти данными, после чего мы получаем на выходе осознанное впечатление, словесное описание или поведенческий ответ.

Биохимия начала изучать обоняние еще в конце 1970-х, однако ольфакторные рецепторы позвоночных были открыты лишь в 1991-м – это стало важнейшей вехой в данной области [1]. Линда Бак и Ричард Аксель, авторы открытия, получили в 2004 году Нобелевскую премию за достижения в медицине и физиологии, придав колоссальный стимул дальнейшим исследованиям и вообще интересу к этой теме.

Сегодня благодаря определению геномной последовательности нам уже гораздо больше известно о количестве и природе ольфакторных рецепторов. А вот соответствующие одоранты были идентифицированы всего для нескольких из них. Да, маршрут продолжен, но от взлома обонятельного кода мы еще очень далеки и еще меньше знаем о тех путях, которыми ольфакторные сообщения путешествуют через нейронную сеть мозга, чтобы породить в конечном счете поведенческую реакцию, эмоцию или словесное описание.

Первые шаги к биохимии

Только в конце 1970-х интересующиеся ольфакцией ученые начали говорить о белках-рецепторах и способах их идентификации. Было сделано несколько разрозненных попыток, но результаты получились смутные и невоспроизводимые. Обоняние оставалось неисследованной территорией.

Даже опытные биохимики были не готовы рисковать временем и бюджетами, пускаясь в эксперименты, основанные на зыбких гипотезах и не имеющие четкой заявки на успех. Научные исследования – дело очень состязательное; они требуют значительных финансовых вложений, за которые в конце нужно отчитываться, предъявляя весомые научные результаты. Инвестиции в совершенно новую область требуют либо храбрости, либо слепого энтузиазма молодого исследователя.