Что эволюция говорит о функции горьких рецепторов
Чтобы оценить химический состав пищи с физиологической точки зрения, важно знать функции рецепторов, взаимодействующих с пищевыми ингредиентами. К ним относятся рецепторы горьких соединений, которые впервые эволюционировали у костных рыб, таких как латимерия. О том, что 400 миллионов лет эволюционной истории говорят о функции как рыбьих, так и человеческих горьких рецепторов, недавно сообщила в журнале Genome Biology and Evolution команда исследователей под руководством Института биологии пищевых систем Лейбница при Техническом университете Мюнхена и Кёльнского университета.
Эволюционно горькие рецепторы — относительно недавнее изобретение природы по сравнению с другими хеморецепторами, такими как обонятельные рецепторы. Их функция защиты позвоночных от потребления потенциально токсичных веществ давно признана наукой. Более новыми являются наблюдения, что горькие рецепторы имеют и другие функции помимо вкусового восприятия. К ним относятся роль в защите от патогенных бактерий, в метаболической регуляции и, возможно, функции сенсоров для эндогенных метаболитов и гормонов.
Сравнение латимерии и данио-рерио
Команда учёных под руководством биологов Зигрун Коршинг из Кёльнского университета и Майка Беренса из Института Лейбница представила новые доказательства в поддержку этой гипотезы. В своём исследовании они сравнили два исходных типа горьких рецепторов латимерии (Latimeria chalumnae) с четырьмя другими от данио-рерио (Danio rerio) филогенетически, функционально и структурно. Для этого, среди прочих экспериментов, были проведены обширные функциональные исследования с использованием установленной клеточной тестовой системы, а также компьютерного моделирования. Целью было получить глубокое представление об эволюционной истории горьких рецепторов, чтобы больше узнать об их функциях.
Результаты показывают, что оба вида рыб обладают, среди прочего, парой гомологичных генов горьких рецепторов, предположительно возникших из первобытного гена. При этом спектры распознавания горького этими рыбьими рецепторами были в значительной степени идентичны, несмотря на 400 миллионов лет раздельной эволюции. «Особенно увлекательно в наших результатах то, что исходные рыбьи рецепторы распознали в клеточной тестовой системе вещества, которые до сих пор обнаруживаются человеческими горькими рецепторами. К ним относятся желчные кислоты», — говорит соавтор Антонелла Ди Пицио из Института Лейбница.
Более 400 миллионов лет давления отбора
«Значит, должно было существовать давление отбора по крайней мере до появления человека. Это означает, что человеческие горькие рецепторы до сих пор могут обнаруживать те же горькие вещества, что и костная рыба более 400 миллионов лет назад», — заключает исследователь вкуса Майк Беренс. Зигрун Коршинг добавляет: «Это говорит об одной или нескольких важных функциях горьких рецепторов даже в ходе эволюции человека».
«Латимерии — хищники. Поэтому можно предположить, что существование варианта горького рецептора, который в основном распознаёт стероидные гормоны и желчные кислоты, защищает от поедания ядовитых рыб, которые могут содержать в печени и желчном пузыре не только желчные кислоты, но и высокоактивные нейротоксины. Например, ядовитая рыба-собака Arothron hispidus обитает в тех же водах, что и латимерия», — говорит Майк Беренс.
«Однако у людей, а также у данио-рерио, спорно, сохранился бы такой вариант рецептора с эволюционной точки зрения, если бы у него не было других функций внутри организма. Ещё один аргумент в пользу таких внеполостных функций — то, что горькие рецепторы также обнаружены на таких органах человека, как сердце, мозг или щитовидная железа», — добавляет Беренс. Одна из целей его исследований — помочь понять эффекты горьких веществ на системно-биологическом уровне, независимо от того, попали ли они в организм с пищей или принадлежат к собственным веществам организма.