Но чем дальше, тем интереснее. Джоэл Мейнланд, исследователь обоняния из Центра Монелла, решил, что может лучше справиться с этой задачей. Мейнланд – небольшого роста парень в очках, с живыми глазами, быстрой речью и страстной любовью к науке. Он начинал с изучения зрения, но вскоре понял, что в этой области трудно сделать научную карьеру. «Когда я посмотрел вокруг, то понял, что в исследованиях зрения уже достигнуты большие успехи, – говорит он. – Тогда как в исследованиях обоняния наука делает только первые шаги. Я решил выбрать неизведанный путь и переключился на обоняние». Это решение окупилось сторицей: Мейнланд стал одной из самых ярких восходящих звезд в науке об обонянии.
Недавно Мейнланд попытался найти более обоснованный способ определить, сколько разных запахов может существовать в мире. Его рассуждения выглядят так: чтобы мы почувствовали какой‑либо запах, он должен быть летучим – то есть быть способным присутствовать в воздухе в газообразной форме. Большие молекулы, как правило, не способны на это; химики знают всего несколько пахучих веществ, молекулы которых содержат больше двадцати одного «тяжелого» атома, то есть с атомным весом больше, чем у водорода. Итак, давайте предположим, говорит Мейнланд, что пахучими свойствами могут обладать только вещества, чьи молекулы состоят из двадцати одного или меньшего количества тяжелых атомов. Что дает нам, по его подсчетам, около 2,7 триллиона кандидатов.
Но не каждое из этих веществ с малыми молекулами обладает пахучими свойствами. Одни имеют настолько высокую точку кипения, что никогда не переходят в газообразное состояние при нормальных температурах; другие являются настолько «жирными», что отталкиваются водянистой слизистой оболочкой, выстилающей нос, поэтому не могут активировать обонятельные рецепторы. Перепробовав различные подходы, Мейнланд и его коллеги в итоге придумали способ, как на основе точки кипения и «жирности» предсказать, обладает данное соединение запахом или нет.
И вот я переступаю порог лаборатории в Центре Монелла, чтобы помочь Мейнланду протестировать некоторые из его предсказаний. Оказывается, нельзя просто так дать человеку образец и спросить: «Вы чувствуете запах?» Сила внушения такова, что люди часто «чувствуют» запах, которого не существует, или улавливают какой‑нибудь посторонний запах, присутствующий в помещении. Поэтому исследователи используют так называемый метод сравнения трех объектов. Ассистент Мейнланда усаживает меня за стол, завязывает глаза и проносит у моего носа одну за другой три пробирки; при этом синтезированный компьютерный голос задает мне вопрос, в которой из них – А, B или C – присутствует запах. После каждого такого раунда следует 30‑секундная «отвлекающая пауза», чтобы нос получал передышку: компьютер проигрывает мне короткий отрывок из песни и спрашивает, кто ее исполняет – мужчина или женщина. (Мейнланд специально выбрал такие композиции, где трудно отличить мужской голос от женского. Учитывая мой возраст, я легко отличу Тину Тернер от Майкла Джексона, но многие современные исполнители ставят меня в тупик.)
Такие тесты, проведенные на множестве людей, позволяют Мейнланду с уверенностью утверждать, что большинство людей с трудом различают пол современных исполнителей. А также показывают, что его предсказания о наличии или отсутствии у вещества запаха оказываются правильными примерно в 72 процентах случаев. Если применить этот метод прогнозирования запаха к 2,7 триллиона веществ‑кандидатов, то мы получим, что в мире существует ошеломительные 27 миллиардов различных пахучих веществ.
Между тем это необязательно означает, что в мире существует 27 миллиардов разных запахов. Например, как мы знаем, несколько разных веществ обладают практически одинаковым сладким вкусом, и могут существовать сотни разных соединений, создающих один горький вкус. Если среди запахов также есть «близнецы», то количество уникальных запахов в нашем мире может быть намного меньше 27 миллиардов. Тем не менее, когда я попросил Мейнланда привести пример двух веществ с одинаковым запахом, он не смог этого сделать. «Кажется, двух веществ с одинаковыми запахами попросту не существует», – говорит он.
Итак, более‑менее разобравшись с запахами, давайте перейдем к другой части уравнения и посмотрим на рецепторы, отвечающие за восприятие всего этого головокружительного разнообразия пахучих веществ. Бак и Эксел установили, что обонятельные рецепторы представляют собой молекулы белка, встроенные в мембраны нервных клеток в обонятельном эпителии, и описали гены, кодирующие эти белки. Таким образом, когда спустя несколько лет после исследований Бак и Эксела генетики впервые расшифровали человеческий геном, они уже знали, как выглядят гены обонятельных рецепторов. К своему изумлению, они обнаружили не несколько десятков таких генов, а почти тысячу! Только задумайтесь: геном человека содержит всего около 20 000 генов, которые кодируют все генетические инструкции, необходимые для превращения оплодотворенной яйцеклетки в функционирующее высокоорганизованное человеческое существо со всеми его тканями и системами органов, включая головной мозг, со всеми молекулярными сигналами, обеспечивающими работу этого сложнейшего организма, и при этом каждый двадцатый ген кодирует рецептор запаха! Это все равно что прийти в библиотеку, содержащую все накопленные знания о нашем мире, и обнаружить, что каждая двадцатая книга посвящена ремонту автомобилей. Кто бы мог подумать, что обоняние составляет настолько значимую часть того, что мы есть?
При ближайшем рассмотрении больше половины этих генов обонятельных рецепторов оказались тем, что генетики называют псевдогенами – то есть нефункциональными остатками генов, утратившими способность к экспрессии на каком‑то этапе нашей эволюции. Однако установить, сколько именно обонятельных генов остаются функциональными у современных людей, не удается. В геноме человека – том самом, который был расшифрован командой легендарного предпринимателя Крейга Вентера – обнаружено около 350 рабочих генов, кодирующих обонятельные рецепторы. Но если секвенировать любой другой геном, скажем ваш, то можно обнаружить, что некоторые из этих 350 генов в вашей версии генома выведены из строя мутациями, в то время как некоторые из тех, которые в официальной версии генома оказались нерабочими, у вас нормально экспрессированы. Одна команда исследователей изучила выборку из тысячи человеческих геномов и обнаружила 413 генов обонятельных рецепторов, являющихся функциональными не менее чем у 5 процентов населения. Если бы исследователи изучили больше геномов, они бы, несомненно, обнаружили еще больше таких генов.
Но одно дело – считать гены, и совсем другое – понять, как рецепторные молекулы распознают различные запахи. Это гораздо сложнее, не в последнюю очередь потому, что обонятельные рецепторы расположены на поверхности нервных клеток, которые крайне трудно вырастить в лабораторных условиях в чашке Петри. Это значительно осложняет проведение экспериментов. В результате подавляющее большинство обонятельных рецепторов относятся к разряду «орфанных рецепторов», или «рецепторов‑сирот», названных так учеными – в редком приступе красноречия – потому, что науке пока неизвестно, какие именно пахучие вещества они распознают.
К счастью, молекулярные биологи нашли способ решить проблему – а именно поместить обонятельные рецепторы на поверхность культуры клеток почки, которую намного проще выращивать в искусственных условиях. Несколько лет назад, пролив немало пота, Мейнланд и другие исследователи создали панель линий клеток почки, экспрессирующих весь спектр человеческих обонятельных рецепторов, по одному рецептору на каждую линию клеток. Получив в свое распоряжение такую панель, исследователи наперегонки бросились тестировать пахучие вещества, воздействуя на панель одним из одорантов и глядя, какие из рецепторов срабатывают в ответ. В скором времени, думали они, бóльшая часть обонятельных рецепторов будет избавлена от «сиротского» статуса. Обонятельный код наконец‑то будет взломан!
