Jak wyjaśnić zachowania kierowane zapachem

Obecnie mało wiadomo na temat mechanizmów neuronalnych i genetycznych zachowań powodowanych zapachem. Neuroanatomiczne i funkcjonalne właściwości muszki owocowej Drosophila melanogaster są podobne, lecz mniej skomplikowane niż u ssaków, jest więc idealnymi modelem do badań. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu OLFACTORYIGLURS (Olfactory perception in Drosophila: analysis of a novel iGluR-related family of odorant receptors) badali kierowane zapachem zachowania muszek.

Receptory węchowe u Drosophila, zwane receptorami jonotropowymi (IR), są strukturalnie podobne do jonotropowych receptorów glutaminowych (iGluR) w układzie nerwowym kręgowców. Naukowcy skupili się na IR, aby wyjaśnić funkcjonowanie i ewolucję receptorów węchowych, jak również odwzorowanie bodźców czuciowych w mózgu.

Kompleksowa genomika ewolucyjna i analiza ekspresji in situ wykazała istnienie dwóch podrodzin IR, które są częścią układu węchowego u pierwoustych. Ta gałąź królestwa zwierząt obejmuje stawonogi, nicienie i skorupiaki. U owadów występują "czułkowe IR", natomiast specyficzne gatunkowo "rozbieżne IR" ulegają ekspresji w obwodowych i wewnętrznych neuronach zmysłu smaku, co sugeruje ich udział w wyczuwaniu smaku.

Znaczny wysiłek poświęcono również określaniu architektury molekularnej IR i ich obwodów neuronalnych z wykorzystaniem rejestracji elektrofizjologicznej i obrazowania komórek. Eksperymenty dostarczyły nowej wiedzy na temat architektury obwodowych IR i ich funkcjonowania. Te IR mogą być również traktowane jako specjalnie zaprojektowane chemoreceptory o licznych praktycznych zastosowaniach.

Badania neuronalnych obwodów IR pomogły naukowcom określić, jak IR wykrywają bodźce chemiczne i związane z tym czasoprzestrzenne wzorce neuronalnej aktywności mózgu. W wyniku tego mogli porównać właściwości układów chemosensorycznych IR z innymi receptorami tego typu, co zwiększa wiedzę o rozwoju i funkcjonowaniu IR. Poprzez manipulowanie poszczególnymi szlakami sensorycznymi IR naukowcy zdołali również zbadać zachowania kierowane zapachem.

Wyniki projektu mają zastosowanie w zwalczaniu szkodników poprzez bazującą na węchu modulację zachowania, jak również w wykrywaniu zanieczyszczeń oraz diagnostyce klinicznej. Odkrycia te są istotne dla badaczy z dziedzin chemii środowiska, neuronauki, biologii ewolucyjnej oraz biomedyczny.