Биологи из медицинского центра при Питтсбургском университете сумели понять, каким образом люди одновременно могут чувствовать различные запахи. Секрет оказался связан с принципом из области физики, известным как кооперативность. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
При вдыхании переносчики запаха, являющиеся сложной смесью молекул, попадают в заднюю часть носа, где связываются со специализированными рецепторами. Те, в свою очередь, располагаются на поверхности миллионов обонятельных нейронов, которые посылают сигналы в головной мозг, где происходит расшифровка запахов.
Сложность заключается в том, что отдельные нейроны имеют только один тип рецептора и, следовательно, воспринимают специфичные молекулы запаха. Однако исследователи обнаружили сотни различных видов обонятельных рецепторов, которые равномерно распределены по всей популяции нейронов, что позволяет человеку воспринимать широкий спектр запахов.
Учитывая то, что за каждый тип рецептора отвечает один ген, оставалось непонятным, как отдельному нейрону удается подавить активность почти тысячи других обонятельных генов. Если бы один нейрон обладал множеством различных рецепторов, человек не смог бы распознавать разные ароматы.
Исследователи обнаружили, что это обеспечивается через сложный трехсторонний механизм регуляции активности генов. Этот механизм основан на различных типах эпигенетического взаимодействия генов, в результате которого случайная активация одного гена приводит к последовательному выключению других обонятельных генов.
Принцип схож с кооперативными процессами, в которых участвует большое число частиц, согласованно взаимодействующих друг с другом. Примером такого взаимодействия является перенос тепла или звука в телах, состоящих из множества молекул, способных передавать энергию.
Эпигенетическая регуляция заключается в изменении активности генов без участия мутаций. В частности, некоторые молекулы соединяются с ДНК, препятствуя процессам транскрипции. В качестве подавителей могут участвовать и специфичные участки ДНК, которые из-за скрученности двойной спирали оказываются поблизости от гена-мишени и мешают его активации.