Как 100-я структура белка, расшифрованная в Diamond, влияет на наше понимание обоняния насекомых

Новое исследование, проведённое группой ведущих учёных на британском синхротроне Diamond Light Source, может существенно повлиять на разработку и совершенствование новых экологичных методов борьбы с вредителями в мировом сельском хозяйстве.

Исследование, опубликованное в Journal of Molecular Biology, выполнено доктором Цзин-Цзяном Чжоу и коллегами из Rothamsted Research (старейшего в мире центра агроисследований и крупнейшего в Великобритании) совместно с группой профессора Ника Кипа из Института структурной и молекулярной биологии Биркбек, Лондонский университет.

Доктор Цзин-Цзян Чжоу, старший научный сотрудник в области молекулярной биологии насекомых в Rothamsted Research, объясняет: «Используя интенсивные рентгеновские лучи Diamond Light Source, мы раскрыли детальные механизмы, связанные с обнаружением феромонов, которые определяют брачное поведение у тутового шелкопряда. Это модельный организм, и любые новые данные о работе его обонятельной системы имеют последствия для нашего глобального понимания того, как насекомые находят партнёров и растения-хозяев».

Расшифровка этой структуры белка также представляет собой значительное достижение в развитии структурной биологии в Великобритании и отмечает 100-ю новую структуру, определённую в Diamond с момента его открытия в 2007 году.

Профессор Дейв Стюарт, директор по наукам о жизни в Diamond Light Source, добавляет: «Это веха, и она иллюстрирует увлекательный спектр структурной биологии, выполняемой в Великобритании. Благодаря продуктивным группам, подобным этим, в настоящее время наблюдается экспоненциальный рост числа структур, расшифрованных в Diamond».

Понимание того, как насекомые «обоняют» и как распознаются химические сигналы, особенно полезно для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. Определение состава и процессов, стоящих за обонятельными функциями насекомых, напрямую способствует разработке новых путей влияния на их поведение при поиске хозяина. Растения используют химические сигналы для отпугивания и привлечения насекомых. Обладая детальным пониманием этих сигналов, фермеры могут высаживать растения-компаньоны для создания «запахов», которые сделают территорию непривлекательной или привлекательной для насекомых по необходимости. Это известно как система «толкай-тяни».

Многие насекомые зависят от химических веществ, таких как феромоны, для общения и поиска партнёра. У тутового шелкопряда есть два основных компонента половых феромонов: бомбикол и бомбикаль. Бомбикол (первый открытый 50 лет назад феромон насекомых) — единственный компонент, участвующий в брачном поведении, тогда как бомбикаль является антагонистом.

Доктор Чжоу добавляет: «Нам известно, что белки, связывающие одоранты [OBPs], в организме захватывают феромоны у пор на поверхности антенны и переносят их через водный слой к нервным окончаниям. Но неясно, просто ли они транспортируют и высвобождают молекулы, которые связываются с обонятельными рецепторами, или же они образуют специфический комплекс OBP-феромон, который затем активирует рецептор. Структуры, которые мы определили с помощью возможностей кристаллографии в Diamond, дают нам представление о том, как работают эти процессы».

Профессор Стюарт объясняет, как помогает кристаллография: «Изучение белков и их роли в организмах — это как иметь перед собой 100 замков и ключей и не иметь ни малейшего понятия, что к чему подходит… Определяя структуру этих белков, мы лучше понимаем их функцию, и их сопоставление становится намного проще».

Доктор Чжоу заключает: «От этой работы выиграет не только фермерское сообщество. Эти новые данные будут использованы для разработки и совершенствования биосенсоров, где чувствительность обнаружения имеет первостепенное значение, например, в анализах крови. Одна из наших спин-офф компаний также исследует, как пчёлы могут обнаруживать малые количества взрывчатых веществ, и получит пользу от любых знаний, которые мы генерируем».

Источник: Diamond Light Source