Паоло Пелоси - Обоняние [Увлекательное погружение в науку о запахах]

Помимо всех этих проблем, общих для рецепторов вообще и ольфакторных в частности, сама задача изолировать конкретный белок отнюдь не проста. Для этого нам нужно отделить его от огромного множества других белков с практически теми же химическими свойствами. Все белки представляют собой длинные цепочки, построенные из одних и тех же 20 кирпичиков-аминокислот, связанных друг с другом в линейную последовательность, постоянную и типичную для каждого белка. Иными словами, белки отличаются друг от друга длиной цепочки, а также пропорцией и расположением этих самых 20 аминокислот. Поскольку некоторые аминокислоты имеют электрический заряд, белки можно различать еще и по общему заряду, и вдобавок по размеру молекулы. Это две основные характеристики, позволяющие фракционировать белковую смесь. Если искомый белок – один из пропорционально малых компонентов смеси, его изоляция может оказаться делом довольно трудным и требовать фракционирования в несколько этапов.

Вторая проблема с ольфакторными рецепторами заключалась в отсутствии надежного функционального теста на их присутствие. К концу 1970-х рецепторов насчитывалось не так уж много. Для каждого был известен специфический лиганд, который сравнительно быстро и просто показывал наличие белка-рецептора еще на стадии изоляции.

А вот с ольфакторными рецепторами лиганды представляли большой вопрос. Всякая летучая молекула, способная добраться до нашей обонятельной слизистой, есть потенциальный одорант и кандидат в лиганды для ольфакторных рецепторов. Однако далеко не все одоранты порождают одинаково сильные обонятельные ощущения. Многие соединения пахнут очень слабо, другие – довольно интенсивно. Среди последних – пиразины с запахом сладкого перца, земляной геосмин и андростенон с его всепобеждающим едким запахом мочи [3].

Эти молекулы способны стимулировать наши рецепторы даже в исключительно низких концентрациях, а следовательно, являются самыми сильными лигандами – каждый для своего избирательного рецептора. Эти вещества, по логике вещей, должны быть более специфичными, чем остальные, и служить наживкой для отлова соответствующих им рецепторов. В самом начале пути наши биохимические исследования основывались именно на этой идее. Сами понимаете, как важно было на этом этапе иметь в своем распоряжении весь объем накопленной за предыдущие десятилетия информации с описанием запахов и ольфакторных порогов.

Увы, с главной проблемой – как изолировать один конкретный рецептор среди сотен белков того же класса – все оставалось по-прежнему. Нелегко было изолировать нужное количество даже у крупного животного – такого как свинья или корова. Простые подсчеты, основанные на площади ольфакторной области (даже предполагая, что эта область будет целиком покрыта белками-рецепторами), возвращают коэффициент примерно в сто микрограммов – это максимальное количество ольфакторных рецепторов в носу одного животного крупного размера. Далее эту цифру нужно поделить на предполагаемое количество типов ольфакторных рецепторов (более 300 у людей и ближе к 1000 у других животных, как выяснилось впоследствии) и так получить среднее количество для каждого типа рецептора. Любой опытный биохимик сказал бы вам, что задача эта совершенно нереалистична, и не стал бы и думать про инвестиции в такое неблагодарное исследование.

В те времена я был еще юн, неопытен (особенно в биологии, так как образование получил в неорганической химии) и совершенно лишен финансирования. Рисковать мне было нечем, а невежество не давало толком разглядеть, в какое абсурдное предприятие я намерен ввязаться. Если бы я только остановился на минутку и подумал о последствиях; если бы спросил авторитетного совета или провел более подробные предварительные исследования; если бы, наконец, был постарше и поопытнее, я бы наверняка не узнал тех волнительных и радостных мгновений, что выпали мне на долю в следующие 35 лет, – как не узнал бы и разочарований, провалов и неудач, верных спутников повседневной жизни ученого.

Короче, я пустился на поиск ольфакторных рецепторов. Первым делом нужно было найти многообещающий лиганд и использовать его в качестве наживки для белка. Выбирать такой химикат стоило среди самых сильных одорантов, основываясь на гипотезе, что интенсивный запах означает тесные отношения между лигандом и белком-рецептором.

Мой первый выбор пал на андростенон, стероид с запахом мочи, который мы уже неоднократно обсуждали. У этой молекулы исключительно низкий ольфакторный порог; к тому же она дает один из чистейших образцов избирательной аносмии – ее ощущает только половина народонаселения Земли, что само по себе требует для данного одоранта очень специфического рецептора. Андростенон – хорошо изученный половой феромон свиней; очевидно, для него должен быть свой рецептор у этого вида животных, и, скорее всего, не у него одного.

В общем, этот стероид выглядел как оптимальный выбор и обещал принести ожидаемые результаты.

В итоге карта и правда выиграла – но только гораздо позже, для Лесли Воссхолла, Хироаки Мацунами и их коллег, которые в 2007 году, ровно 30 лет спустя после первого сообщения о специфической аносмии к андростенону [4], сумели изолировать ольфакторный рецептор, сбой в котором и порождает этот обонятельный феномен [5].

В конце 1970-х андростенон, увы, оказался слишком крепким орешком для тогдашних аналитических инструментов и техник, что, впрочем, не помешало ему сыграть важную роль в событиях последующих лет, когда научные исследования и человеческие амбиции стали действующими лицами настоящего детектива с такими затейливыми сюжетными поворотами, что и во сне не приснятся.

Предполагалось, что количество рецепторов в ольфакторной слизистой даже таких крупных животных, как свинья или корова, ничтожно мало. Поэтому, дабы обеспечить нужный для эксперимента уровень чувствительности, ученые пользовались радиоактивно промаркированными лигандами. Таким способом они могли засечь количества искомого вещества в порядке до пикограмма (одной триллионной части грамма). Первым шагом должен был стать синтез прекурсора, который можно сделать радиоактивным в специальной лаборатории. Таким прекурсором стала сама молекула андростенона, которой можно придать двойную связь углерод-углерод и таким образом превратить в аналог, андростанон, очень близкий по структуре и запаху и помеченный двумя атомами радиоактивного водорода.

Вещество в продаже отсутствовало, и поэтому я решил синтезировать его сам через последовательность химических реакций, уже описанную в литературе. Все шло без сучка без задоринки, пока я не добрался до последней стадии – получения самого андростенона из лишенного запаха состава. Его получилось всего несколько миллиграммов, но и этого количества вполне хватило, чтобы наполнить все помещения в отделе отвратительной вонью. Тяжелый смрад застоялой мочи пропитал все лаборатории и дошел до рекреации, где мы с коллегами обычно собирались на кофе. Более того, он въелся в шерстяную ткань одежды, что неудивительно: андростенон намертво связывается с белками (а шерсть – это белок). Каждый сотрудник унес домой как минимум несколько молекул – достаточно даже для не самого тонкого обоняния, – что привело к целому ряду крайне неловких ситуаций. Гости, бывавшие у меня дома, наверняка решили, что регулярное мытье в привычки нашего семейства не входит.