作者:许悦 来源:中国科学报 发布时间:2020/4/13 16:52:09
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视蛋白可帮助果蝇辨别苦味

 

在人眼部的感光细胞中,存在着名为视蛋白的蛋白质,它帮助我们看见世界。如果没有没有它,人类也会像许多动物一样,陷入黑暗。

然而,在某些动物中,视蛋白的功能不止于此,它不仅能感光,还能感受味道。据《科学》报道,近日一项新研究首次揭示,果蝇也可以利用这些位于其鼻尖感光蛋白质品尝出食物中的有害分子。研究人员推测,人类体内的视蛋白或可起到同样的作用。

美国马里兰大学感官生物学家Phyllis Robinson并未参与此次研究,但他认为该研究结果是一种“范式转换”。

人类眼部锥细胞,使人在明亮的光线下视物,其中隐藏着不同的视蛋白。比如,视蛋白可以组成视紫红质(一种结合蛋白)的骨架,视紫红质存在于眼部细胞中,在视杆细胞内合成,可以让人在弱光下视物。自150多年前发现视紫红质以来,研究人员总共在各种动物和微生物中发现了大约1000种其他的视蛋白。

但加州大学圣巴巴拉分校的神经学家Craig Montell指出,视蛋白分子家族仍然给科研人员一些惊喜发现。包括Montell和其团队在2011年的一项研究在内,一些研究已经将视蛋白与视觉以外的,听觉、触觉和温度感知联系起来。

如今,Montell和同事们更进一步,他们想确定是否有视蛋白在味觉中起到了特别的作用——苍蝇是否能利用视蛋白来检测一种他们不喜欢的苦味分子。

研究人员利用黑腹果蝇设计了一个味觉测试。他们对果蝇基因进行改造,制造出7个不同品系,每一个品系内的果蝇都缺少一个不同的视蛋白。再将其和未经修饰的对照组果蝇放在一起进行测试,发现所有的实验果蝇都可以在两种糖溶液(其中一种溶液中加入了苦味化合物)中做出选择。

测试中,对照组果蝇避开了融入苦味化合物的溶液,吞下了另一个。在经过基因修饰的苍蝇中,三种视蛋白被证明在辨别溶液中是十分重要的。研究人员近日在《当代生物学》线上发表报告称,缺少三种中任何一种视蛋白质的果蝇,都没有避开含苦味分子的糖溶液,这表明它们对苦味分子的敏感度较低。

尽管在苍蝇的眼睛中发现了这些蛋白质,这三种视蛋白也都能感知光。但研究人员的分析表明,这些蛋白质也存在于果蝇的长喙尖端神经元中,果蝇一般利用这些神经元对周围环境进行探测采样。

Montell和其同事通过测量这些神经元的电脉冲作为细胞反应强度的一个指标,显示了苦味分子对果蝇的刺激。当研究人员在苍蝇的长喙点上这种苦味化合物时,视蛋白完好的果蝇神经元每秒发出近20个脉冲。但缺少上述三种视蛋白的果蝇中,同样的神经元发出的信号脉冲不到一半,这表明苦味分子对其影响较小。

事实上,果蝇还可以利用另一种非视蛋白来感知苦味。然而,Montell和他的同事发现,只有高浓度的苦味分子才能直接刺激这种蛋白质。相反,视蛋白更有助于果蝇检测到较低浓度的苦味分子,使它们更容易察觉到低浓度的应该避开的物质。

尽管此前有许多研究支持视蛋白的非视觉作用,但Montell表示此次得出的结果仍“有点出乎意料”,因为以前没有人发现视蛋白与味觉相关的任何证据。

加拿大多伦多大学结构生物学家Oliver Ernst说:“这是一个非常重要的新发现,它‘扩大了视蛋白的作用’。”他和Robinson一致认为,这项研究很具说服力,Montell团队使用了多种方法来证实视蛋白质与味觉的关系。

Montell表示,研究人员长期以来一直认为视蛋白是专门进化用于探测光的,但这项研究给出了另一种设想。“我认为视蛋白最初的作用不是一个光传感器,而是一个化学传感器。”他说,直到后来,动物才选择用蛋白质来感知光。此外,由于人类携带的视蛋白,包括一些位于人类舌头味蕾的视蛋白的功能尚不明确,它们也有可能在人类的味觉感知中发挥作用。

相关论文信息:https://doi.org/ 10.1126/science.abc0403

 
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