Доктора и солдаты, возможно, уже в скором будущем получат необычного союзника в своей специальности – мышь. Исследователи из Хантерского колледжа, который является частью Городского университета Нью-Йорка (City University of New York), создали грызуна "супернюхача". Животное обладает повышенной способностью обнаруживать определённые запахи, сообщают учёные.
Мыши, которые будут "настроены" на то, чтобы улавливать нужный запах в разной концентрации с помощью рецепторов, могут быть использованы в качестве детекторов мин или оригинальных сенсоров, определяющих болезнь по запаху.
Технология трансгенного подхода к инженерии генома мышей может также предоставить исследователям возможность изучать рецепторы обоняния человека, считают специалисты.
"Обоняние – это одно из наших пяти основных чувств, но у нас почти нет знаний о том, как запахи кодируются в мозге. Это по-прежнему чёрный ящик", — говорит ведущий автор исследования Пол Файнштейн (Paul Feinstein).
Природа рецепторов обоняния была раскрыта в 1991 году, но, как именно обонятельная система работает, до конца непонятно.
По словам учёных, мыши могут быть хорошими "нюхачами", они имеют 1200 генов, связанных с рецепторами обоняния – клеточными чувствительными элементами, реагирующими на химическую "подпись" запаха. Это в несколько сотен раз меньше, чем у крыс, но примерно столько же, сколько у собак.
Однако чувствительные способности мышей можно значительно улучшить, что и сделал Файнштейн и его коллеги. Учёные добились, чтобы грызуны могли лучше других сородичей чувствовать определённые ароматы. До этого исследователь долгое время изучал, как обонятельные рецепторы формируются на поверхности нейронов обонятельной системы.
Каждый обонятельный нейрон отвечает за один единственный рецептор, который чувствует определённый запах. Обычно в обонятельной системе рецепторы разных запахов распределены равномерно. Файнштейн заинтересовался, можно ли сделать так, чтобы нос мышей отлично чувствовал определённые запахи, увеличив процент "нужных" учёному рецепторов в обонятельной системе.
Файнштейн и его коллеги создали молекулу ДНК, которая при введении в ядро оплодотворённой клетки мыши побуждала развитие одного конкретного рецептора обоняния — M71. Он обнаруживает ацетофенон — химическое вещество, отвечающее за аромат жасмина.
Затем генетики добавили четыре и более копий новой последовательности ДНК в яйцеклетки животных, чтобы получить лучшую чувствительность к запаху жасмина. Так, в результате научной работы учёный вывел мышей с увеличенным числом обонятельных нейронов с рецепторами M71.
В той же лаборатории исследовательница Шарлотта Д’Юлст (Charlotte D’Hulst) провела другой эксперимент по той же технологии: она "привила" мышам человеческий рецептор OR1A1. Этот рецептор обнаруживает запах мяты.
В отличие от всех других, проведённых в этой области, но с клетками в чашках Петри, этот эксперимент удался и на этот раз рецептор OR1A1 обнаружился в 13 процентах обонятельных нейронов. "Мы разработали модель, благодаря которой теперь сможем изучать рецепторы обоняния человека", — искренне радуется Файнштейн.
Учёные использовали флуоресцентную визуализацию в живых мышах, чтобы отслеживать активацию обонятельных рецепторов в ответ на соответствующий запах.
Проведённые эксперименты выявили, что генетически модифицированные мыши различают наличие в воде веществ с неприятным запахом лучше, даже если их присутствие минимально.
Специалисты налили мышам две ёмкости с водой, одна из которых была чистой, а другая содержала небольшое количество веществ, которые могли спровоцировать активацию двух рецепторов — M71 и OR1A1. Иными словами, генетически изменённые мыши могли их учуять.
Если мыши пили чистую воду, ничего не происходило, а если использовали вторую ёмкость, то вместе с водой получали вещество, провоцирующее рвоту. Понятно, что такое положение дел грызунов не устраивало, и они постепенно выучились не пить из второй миски.
Затем исследователи снизили концентрацию химических веществ, чтобы понять, смогут ли "нюхачи" ощутить в воде разбавленные ароматические вещества. Оказалось, что они справлялись с этой задачей гораздо лучше обыкновенных мышей.
Тесты дали наглядное подтверждение тому, что "добавленные" рецепторы являются функционирующими и присутствуют в бОльших количествах, чем другие. "Животные учуяли запах лучше из-за увеличения количества рецепторов", — говорит Д’Юлст.
Сейчас команда работает над коммерциализацией своей разработки. Учёные и их коллеги основали компанию под названием MouSensor.
Кроме того, в планах исследователей — создание мышей-нюхачей, способных учуять тротил (то есть взрывчатку) и мины. Также они считают, что технология имеет потенциал и для медицины: животные смогут помочь в диагностики заболеваний по запаху, как это делают, например, немецкие овчарки.
Исследование было подробно описано в научном издании Cell Reports.
