Отвращение к неприятному запаху может быть показателем способности организма защититься от вредных веществ и жить дольше. По крайней мере, именно это происходит с нематодами вида Caenorhabditis elegans.
Хотя нематоды (круглые черви или острицы) и отдаленно не похожи на человека, уже около 50 лет они используются в качестве модели для биологических исследований. К преимуществам относятся простая нервная система, малое количество клеток и генов, многие из которых имеют те же функции, что и наши собственные, а также короткая продолжительность жизни, составляющая в среднем 17 дней, что идеально подходит для исследований старения.
В статье, опубликованной в журнале Nature Aging, сообщается о результатах исследования, показывающего, что молекулы пахучих веществ, выделяемые патогенными бактериями, не только вызывают аверсивную реакцию у C. elegans, которая отступила, чтобы избежать угрозы, но также запускают нервную цепь, вызывающую ответную реакцию у других тканей нематоды.
Этот ответ включает более эффективную обработку токсичных белков и контроль агрегации этих и других белков, вырабатываемых червями. Актуальность этого заключается в том, что у людей накопление этих белков является одним из факторов, связанных с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
«Они могут чувствовать опасность в окружающей среде по запаху, усиливая свою реакцию на стресс еще до того, как обнаружат какие-либо патогенные бактерии. Запах также предотвращает агрегацию белков, участвующих в заболеваниях, что потенциально продлевает их продолжительность жизни», — сказал Эвандро Араужо де Соуза, первый автор статьи. Исследование было частью его постдокторской работы в отделении нейробиологии Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC-LMB) в Кембридже, Великобритания.
Чувствуя опасность
В ходе исследования нематоды, подвергшиеся воздействию 1-ундецена, молекулы пахучего вещества, жили дольше, чем те, которые не имели контакта с запахом, выделяемым бактериями. Реакцию на раздражитель можно было увидеть в кишечнике, что свидетельствует о существовании цепи, соединяющей обонятельное восприятие с остальным телом.
«Эти результаты позволяют предположить, что манипулирование восприятием химических веществ однажды может стать путем к вмешательству в нейродегенеративные и возрастные заболевания. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы установить, действуют ли аналогичные клеточные сигнальные пути и механизмы и у людей», — сказала Ребекка Тейлор, научный сотрудник MRC-LMB и еще один автор статьи.
По мнению исследователей, другие исследования уже показали, что у мышей есть нервная цепь, соединяющая мозг с печенью, когда эти животные чувствуют запах определенных видов пищи, и имеет смысл предположить, что нервная система млекопитающих может вызвать реакцию других органов при стимуляции, как и у нематод.
«Если мы найдем молекулу, которая сможет опосредовать эту цепь, связывающую восприятие запаха с реакцией организма, у нас появится многообещающий путь для разработки новых методов лечения», — сказал де Соуза.
Частично раскрытая схема
В ходе исследования нематоды были помещены на чашки, отличные от тех, которые содержали одоранты, чтобы продемонстрировать, что не прямой контакт между червями и веществами вызывает отвращение, а только их запах.
Использованные одоранты выделялись патогенными бактериями, такими как Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, которые вредны для нематод. Три из этих соединений, включая 1-ундецен, были связаны с аверсивными реакциями у C. elegans. В последующих экспериментах исследователи решили сосредоточиться на 1-ундецене, поскольку он вызывает отвращение, но не является токсичным.
Когда они проанализировали червей, подвергшихся воздействию этого вещества, они наблюдали активацию реакции развернутого белка эндоплазматической сети (UPR ER) в кишечнике. Это защита, которую организм использует для запуска механизмов восстановления или устранения дефектных белков.
У червей с мутациями в двух генах, регулирующих UPR ER (ire-1 и xbp-1), ответ не активировался 1-ундеценом, что указывает на то, что этот клеточный сигнальный путь важен для активации UPR ER этим веществом. Другие эксперименты подтвердили этот результат.
Другая группа мутантных нематод, подвергшихся воздействию 1-ундецена, не смогла производить нейротрансмиттеры, такие как серотонин, дофамин и глутамат, среди прочих, но исследователи не смогли определить роль ни одной из этих молекул.
Затем они сосредоточились на DAF-7, белке и гене, эквивалентном трансформирующему фактору роста-бета (TGF-β) у млекопитающих, где он играет важную роль в нервных цепях, которые регулируют такое поведение, как отвращение к патогенам.
Когда производство DAF-7 было ингибировано, ER UPR, индуцированный запахом, не активировался, что свидетельствует о его роли в этом ответе.
«Теперь мы знаем путь, по которому нам нужно идти, особенно потому, что у этого белка есть эквивалент у людей», — сказал де Соуза.