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

Но что касается экспериментов, с пиразином все оказалось решительно по-другому. Результаты явились мгновенно и были ясны и воспроизводимы. Уже через пару недель у меня накопилось достаточно данных, чтобы показать коллегам в Уорике, – я был очень горд собой. Впрочем, очень скоро стало понятно, что с ними все-таки что-то не так, – и я никак не мог сообразить, что именно. Слишком уж просто все выглядело. Все предвиденные трудности разрешились сами собой. Для верности я несколько раз повторил эксперимент: воспроизводимость была превосходна. Кривая насыщенности, низкий фон (основная трудность с андростеноном) и масса материала для работы. В этом-то и заключалась главная проблема: предполагаемого рецептора наблюдалось как-то уж слишком много.

Я наскоро подсчитал соотношение количества ольфакторных нейронов на квадратный сантиметр слизистой к общей площади реснитчатой мембраны. Даже если бы вся ее поверхность была сплошь покрыта белками-рецепторами, на каждый ольфакторный все равно приходилось бы в 10 000 раз меньше места, чем получалось по нашим данным.

Существовало только одно объяснение такому феномену, хотя принять его было и нелегко: наш белок на самом деле не был ольфакторным рецептором. Это мог оказаться любой белок, по случайному совпадению обладающий сродством с молекулой-датчиком. Это был настоящий эмоциональный шок. Я просто не мог допустить, чтобы холодные научные данные развеяли эйфорию предшествующих недель. Неужто мы и правда потратили столько времени на белок, не имеющий ни малейшего отношения к обонянию?

Несколько простых экспериментов по связыванию с экстрактами других тканей должны были показать, действительно ли искомая активность имела место только в носу. Это совершенно обычная процедура, когда хочешь соотнести биохимические данные с физиологией и понять, как работает тот или иной конкретный белок. Поэтому мы взяли для анализа ткани из печени, мозга, селезенки, легких и некоторых других органов. Все они показали отрицательный результат: мы смогли с уверенностью заключить, что способность связывать пиразин эксклюзивно принадлежала назальной ткани. Получалось, что бы мы там ни измеряли, оно явно имело отношение к обонянию. Значит, не все еще потеряно. Мы, по крайней мере, открыли что-то интересное, пусть даже и не соответствующее модели.

Мы решили проверить наш пока еще неизвестный белок еще раз. Когда идентифицируешь новый рецептор, одним из самых убедительных аргументов в его пользу будет то, что твой препарат in vitro распознает разные лиганды не менее эффективно, чем натуральный рецептор in vivo [6]. Физиологическими данными, подлежащими сравнению с биохимическими, в данном случае были ольфакторные свойства летучих молекул – описания запахов и обонятельные пороги. Самое время воспользоваться богатством научных знаний, накопленных за последние десятилетия.

В этой перспективе пиразин был очень удачным выбором: он и похожие на него соединения – важный класс пищевых одорантов, и занимающиеся ольфакцией ученые весьма пристально ими интересовались.

Мы взяли несколько соединений со сходной химической структурой, но разными ароматами. Пиразины и здесь не подвели: у них простые, относительно жесткие структуры, допускающие небольшие манипуляции с молекулами, – проверять их эффект на уровне запаха очень удобно. Этому были посвящены многочисленные исследования, обеспечившие достаточно данных и установившие прочную связь между структурой вещества и его запахом.

Изменения в длине углеводородной цепочки 2-алкил-3-метоксипиразинов в особенности радикально влияют на запах. Если производные с метиловой и этиловой группой пахнут орехами и жареным мясом, наличие последовательности из трех и более атомов углерода сразу придает соединению зеленый растительный (и гораздо более сильный) запах.

Сравнив между собой зеленые и ореховые пиразины, мы обнаружили, что эти два класса веществ ведут себя совершенно по-разному. Результаты экспериментов нас порядком взволновали – они оказались в точности такими, как мы надеялись: наш загадочный белок, чем бы он там на самом деле ни был, распознавал разные пиразины по запаху. Тогда мы решили сделать следующий шаг и проверить в рамках того же протокола другую серию веществ – алкил-замещенные тиазолы. У них производные с короткими цепочками (один или два атома углерода) тоже пахнут орехом и горелым, а прирост длины цепочки дает соединения с зеленым запахом. И снова эксперименты по связыванию полностью соответствовали ольфакторным данным.

Мы очень обрадовались таким результатам и отправили статью в Biochemical Journal. Ее приняли и опубликовали в январе 1982 года [6]. Но, несмотря на всю нашу радость, наличие белка в обонятельном органе не столько прояснило процесс восприятия запаха, сколько добавило в описание дальнейшей путаницы. Вот он, белок, специфически присутствующий в носу и способный распознавать летучие молекулы в соответствии с запахом, – но он не может быть одним из наших искомых рецепторов, потому что его слишком много.

Да, открытие неожиданное, очень интересное, но вместе с тем и разочаровывающее. Что ж, зато оно положило начало крайне волнующей истории, к концу которой мы еще даже не приблизились.

Само открытие, как это часто бывает в науке, произошло чисто случайно. Результаты научных исследований обычно далеки от ожидаемых и часто даже опровергают прогнозы, сделанные в самом начале проекта. Когда такое случается, первый импульс – выбросить все результаты и начать с новых посылок. Но вот по таким ситуациям как раз и видно хорошего ученого. Он не держится слепо за свою первоначальную идею, а критически оценивает результаты и нередко находит среди них что-то еще более неожиданное и захватывающее. В глыбе грязной породы подчас таится золотой самородок. История науки полна таких анекдотов.

Вспомнить хотя бы ионные жидкости [7], открытые или, вернее, признанные только в относительно недавнее время. С самого начала химической науки исследователи бились над особым классом веществ, которые упорно отказываются кристаллизоваться, и иногда в отчаянии бросали свои проекты на полпути. Ионные соединения называются солями – к ним принадлежит обычная столовая соль и вместе с ней многие другие минералы, дающие прозрачные, твердые кристаллы. Они состоят из двух частей: отрицательно заряженного аниона и положительно заряженного катиона, которые держатся вместе благодаря электростатическим взаимодействиям и организуются в строго упорядоченные структуры, которые мы и зовем кристаллами.

Это правило. Но из него бывают исключения – так называемые ионные жидкости. Когда структуры аниона и катиона достаточно сложны и не могут аккуратно составиться в простой паттерн, продукт не желает кристаллизоваться. Многим химикам-органикам знакомо это чувство безнадежности и даже отчаяния, когда новое соединение категорически не хочет становиться кристаллом – много таких упрямцев закончило жизнь в раковине. Сколько раз за всю историю науки экспериментаторы получали ионные кристаллы и не могли их узнать?