Dok ljudi imaju jedan receptor na jeziku koji može da otkrije sve vrste slatkih stvari, od pravog šećera do veštačkih zaslađivača kao što je aspartam, insekti imaju mnogo receptora od kojih svaki detektuje određene vrste šećera. Istraživači sa Jejla su sada otkrili jedan način na koji receptori insekata mogu da budu tako selektivni, uvid za koji kažu da će nam pomoći da razumemo kako životinje dešifruju hemijski svet i kako bismo mogli da oponašamo tu sposobnost u budućnosti.
Oni su objavili svoje nalaze u studiji objavljenoj u časopisu Priroda.
Šećer je važan i za životinje i za ljude, kaže Joel Buttervick, docent farmakologije na Medicinskom fakultetu Jejla i viši autor studije.
„Svi osećamo ukus šećera. On je glavni izvor energije za skoro svaku životinju“, rekao je Batervik.
Sposobnost ukusa šećera je takođe neophodna za identifikaciju neophodnih hranljivih materija i stvaranje prijatnog osećaja koji postaje uparen sa ishranom. Za razliku od sisara, insekti se takođe oslanjaju na svoj sistem ukusa da bi otkrili partnere za parenje i identifikovali najbolja mesta za odlaganje jaja.
Ali kako insekti otkrivaju specifične šećere – praveći razliku između molekula koji izgledaju prilično slično jedni drugima, ali koji imaju suptilne razlike – ostalo je nejasno. Da bi bolje razumeli osetljivost receptora ukusa insekata, Batervik i njegov istraživački tim su se fokusirali na jedan receptor koji je toliko selektivan da reaguje samo na jednu vrstu šećera – D-fruktozu.
Receptor je onaj koji se nalazi u ustima i mozgu svilenih moljaca. Kao receptor sa ligandom, on se aktivira tek nakon što se njegov ligand – molekul koji je u stanju da se veže za njega – veže.
Neočekivano, iako je D-fruktoza jedini šećer koji aktivira ovaj receptor, istraživači su otkrili da se nekoliko drugih šećera vezuje za njega, rekli su istraživači.
„To nam je govorilo da područje na kojem se ovi šećeri vezuju, džep za vezivanje, nije jedina stvar koja određuje aktivaciju“, rekao je Buttervick. „Moralo je postojati neko drugo objašnjenje. Zato smo želeli da pogledamo receptor na atomskoj skali da bismo detaljno videli kako su šećer i receptor u interakciji.“
Tim je mapirao strukturu samog receptora, kao i receptor vezan za D-fruktozu. Oni su primetili da je D-fruktoza bila smeštena u džepu za vezivanje i pokrenula promenu oblika koja je aktivirala receptor.
Zatim su mapirali strukturu receptora kada je bio vezan za šećer izuzetno sličan D-fruktozi. Iako se činilo da se taj šećer, L-sorboza, vezuje za receptor isto kao i D-fruktoza, nije promenio oblik receptora, ostavljajući receptor neaktivnim. Pokazalo se da razlika između dva šećera nije u tome kako su se pričvrstili za džep za vezivanje, već u tome kako su stupili u interakciju sa molekularnim mostom koji povezuje džep za vezivanje sa drugim delom receptora.
Ukratko, D-fruktoza je bila u stanju da angažuje taj most i inicira promenu oblika, a L-sorboza nije.
„Ono što mislimo da je interesantno u vezi sa tim je da se dešavaju interakcije van džepa koje deluju kao mehanizam selekcije“, rekao je Batervik. „A evolucija verovatno funkcioniše na oba aspekta. Na primer, manje specifičan receptor od ovog može da veže više molekula, ili je možda njegov most lakše aktivirati. Sa više aspekata na koje treba delovati, postoji više načina da se evolucija fino podesi ovi receptori.“
Otkrivanje mehanizama koji leže u osnovi kako receptori prepoznaju različite supstance pomoći će istraživačima da shvate kako miris i ukus omogućavaju ljudima i životinjama da dešifruju hemijski svet, kaže Batervik.
To bi takođe moglo da informiše razvoj biosenzora, dodao je on. Neki psi mogu namirisati bolesti poput raka ili Parkinsonove bolesti. Poznavanje kako receptori mirisa i ukusa razlikuju supstance pomoglo bi razvoju „elektronskih nosova“ koji bi mogli da nanjuše bolest.
„Ljudi već pokušavaju da urade ovo. I dok je bilo nekoliko uspeha, bilo je još neuspeha“, rekao je Batervik. „Naš rad ovde može pomoći da se objasni zašto je to bio izazov. Ne radi se samo o vezivanju molekula od interesa. Kako se receptor aktivira takođe je od suštinskog značaja.“
U budućnosti, istraživači žele da istraže farmakološki potencijal ovih receptora.
„Bilo je bezbroj slučajeva kroz istoriju gde je rešena atomska struktura utrla put ka velikim otkrićima“, rekao je Joao Viktor Gomes, diplomirani student u Buttervickovoj laboratoriji i glavni autor studije. Gomes je iz Brazila, koji se trenutno suočava sa velikim porastom denga groznice, sa više od milion slučajeva bolesti koju prenose komarci samo ove godine.
„Ako možemo da modulišemo receptore koji utiču na ponašanje insekata u hranjenju“, rekao je, „možda bismo mogli da razvijemo bolje strategije protiv komaraca koji prenose bolesti.“
