Как плодовые мушки чувствуют CO₂: исследование выявило отдельные рецепторы и способы их блокировки

Комары в поисках крови, а также плодовые мушки, ищущие место для откладывания яиц, ориентируются по CO₂, который выделяется при дыхании или в процессах брожения. У комаров уже был идентифицирован комплекс различных обонятельных рецепторов, способных обнаруживать CO₂.

Исследователи из Рурского университета в Бохуме (Германия) теперь показали, что отдельные рецепторы, обнаруженные у плодовых мушек, также могут детектировать CO₂. Они также определили молекулы, блокирующие эти CO₂-рецепторы. Команда под руководством доктора Пауля Зембы, Алины Мюк и профессора Клеменса Штёрткуля из исследовательской группы сенсорной нейробиологии сообщила о своих результатах в журнале PLOS ONE 29 декабря 2023 года.

Отдельные рецепторы также способны обнаруживать CO₂

У комаров за обнаружение CO₂ отвечает рецепторный комплекс, содержащий, среди прочего, рецепторы Gr21a и Gr63a. Однако было неясно, связывается ли CO₂ напрямую с рецепторами или чувствительность к CO₂ возникает в результате взаимодействия с другими белками. Команда из Бохума решила найти ответ. Для этого исследователи использовали измерительную систему, которая много лет используется в Рурском университете. Она позволяет изучать отдельные рецепторы без испытаний на животных и быстро проверять различные одоранты.

Исследователи вводили изолированные рецепторы в яйцеклетки лягушки. С помощью электрофизиологических измерений они регистрировали реакцию рецепторов при контакте с CO₂. Они продемонстрировали, что по отдельности Gr21a и Gr63a могут напрямую детектировать молекулу CO₂, хотя и несколько менее эффективно, чем будучи встроенными в белковый комплекс.

Команда также протестировала ряд потенциальных блокаторов рецепторов. В дополнение к уже известным блокаторам исследователи обнаружили, что вещество цитронеллол подавляет способность рецепторов Gr21a и Gr63a обнаруживать CO₂. "Цитронеллол содержится в ряде репеллентов от насекомых, — объясняет Штёрткуль. — Он может сделать вас практически невидимым для комаров".

Разработка биосенсора

Новые данные будут использованы при разработке CO₂-биосенсора, над которым команда из Бохума работает совместно с Институтом авиационных систем в Штутгарте. "Это должно позволить нам обнаруживать CO₂ в жидких средах, чего пока сделать нельзя", — говорит Штёрткуль.

CO₂-сенсоры используются, например, на Международной космической станции, где они должны потреблять как можно меньше энергии. Учитывая, что физические методы измерения не очень энергоэффективны, биосенсор может стать отличной альтернативой. В будущем с помощью сенсора также может быть возможно обнаруживать другие летучие вещества.