Мы очень обрадовались таким результатам и отправили статью в Biochemical Journal. Ее приняли и опубликовали в январе 1982 года [6]. Но, несмотря на всю нашу радость, наличие белка в обонятельном органе не столько прояснило процесс восприятия запаха, сколько добавило в описание дальнейшей путаницы. Вот он, белок, специфически присутствующий в носу и способный распознавать летучие молекулы в соответствии с запахом, – но он не может быть одним из наших искомых рецепторов, потому что его слишком много.
Да, открытие неожиданное, очень интересное, но вместе с тем и разочаровывающее. Что ж, зато оно положило начало крайне волнующей истории, к концу которой мы еще даже не приблизились.
Само открытие, как это часто бывает в науке, произошло чисто случайно. Результаты научных исследований обычно далеки от ожидаемых и часто даже опровергают прогнозы, сделанные в самом начале проекта. Когда такое случается, первый импульс – выбросить все результаты и начать с новых посылок. Но вот по таким ситуациям как раз и видно хорошего ученого. Он не держится слепо за свою первоначальную идею, а критически оценивает результаты и нередко находит среди них что-то еще более неожиданное и захватывающее. В глыбе грязной породы подчас таится золотой самородок. История науки полна таких анекдотов.
Вспомнить хотя бы ионные жидкости [7], открытые или, вернее, признанные только в относительно недавнее время. С самого начала химической науки исследователи бились над особым классом веществ, которые упорно отказываются кристаллизоваться, и иногда в отчаянии бросали свои проекты на полпути. Ионные соединения называются солями – к ним принадлежит обычная столовая соль и вместе с ней многие другие минералы, дающие прозрачные, твердые кристаллы. Они состоят из двух частей: отрицательно заряженного аниона и положительно заряженного катиона, которые держатся вместе благодаря электростатическим взаимодействиям и организуются в строго упорядоченные структуры, которые мы и зовем кристаллами.
Это правило. Но из него бывают исключения – так называемые ионные жидкости. Когда структуры аниона и катиона достаточно сложны и не могут аккуратно составиться в простой паттерн, продукт не желает кристаллизоваться. Многим химикам-органикам знакомо это чувство безнадежности и даже отчаяния, когда новое соединение категорически не хочет становиться кристаллом – много таких упрямцев закончило жизнь в раковине. Сколько раз за всю историю науки экспериментаторы получали ионные кристаллы и не могли их узнать?
Большая удача, что мы не выкинули этот белок. В то время мы не сумели извлечь из открытия особой пользы, но, заинтригованные его непоследовательностью, решили продолжить исследования. Одоранто-связывающие белки, как их стали называть позднее, за последние три десятилетия принесли науке много ценнейшей информации, открыли новые перспективы и подняли ряд вопросов, относящихся к обонянию, – вопросов, на которые у нас до сих пор нет ответов.
8
Одоранто-связывающие белки
Семейство версатильных молекул
Одоранто-связывающий белок крупного рогатого скота
Открытие коровьего ольфакторного белка, впоследствии получившего название ОСБ (одоранто-связывающего белка), оказалось куда интереснее, чем мы сначала предполагали, и имело далеко идущие последствия. Оно стало поворотной точкой в исследованиях обоняния: многие ученые наконец сочли биохимическое изучение обоняния вполне выполнимой задачей, достойной и внимания, и ресурсов.
Шаг первый: изоляция
Первым делом искомый белок надо было изолировать, чтобы подробно выяснить, как он устроен и каким образом связывает лиганд. А возможно, даже и сформулировать гипотезу о его физиологических функциях. На этом этапе Кришна Персо, разделивший со мной анростеноновое фиаско (в дальнейшем мы стали не только постоянными коллегами, но и хорошими друзьями), получил докторскую степень в лаборатории Джорджа Додда в Уорике и перебрался ко мне, в Пизу, чтобы заняться нашим новым загадочным белком.
Примерно в то же время другая итальянская исследовательская группа, возглавляемая Андреа Каваджони (из Пармского университета), заинтересовалась проектом, и мы решили объединить силы, чтобы получить образец белка, достаточно чистый, чтобы можно было завершить характеризацию.
В отсутствие любой информации по структуре нам нужно было провести белок через несколько последовательных стадий очистки, отслеживая связанный радиоактивный пиразин (тот одорант с запахом сладких перцев). К счастью, взаимодействие между маркированным пиразином и ОСБ было достаточно прочным, чтобы пережить несколько элюирований в лабораторной колонке. Измеряя радиоактивность в элюированных фракциях, мы могли легко обнаружить те, в которых содержался белок. В итоге изолировать его оказалось проще, чем мы ожидали, – благодаря изобилию биоматериала и его удачным химическим свойствам.
Тем не менее на эту задачу ушло три года. Мы работали со скоростью улитки, тратили время на эксперименты второго порядка, которые не добавляли никакой важной информации, потому что не оценили толком, какой интерес наше открытие способно вызвать. После первого успеха мы поняли, что все еще далеки от обнаружения ольфакторных рецепторов, – это несколько пригасило наш энтузиазм. На какое-то время мы погрузились в рутину, которая временами начинала казаться скучной и бессмысленной. К счастью, на нас не давила конкуренция со стороны других исследовательских групп: указанным подходом до сих пор пользовались мы одни.
Впрочем, вскоре события начали развиваться очень быстро.
Соревновательность стимулирует науку
К тому времени как наши данные были уже практически готовы для публикации, до нас дошли слухи еще об одной американской группе, у которой есть очищенный образец того же самого белка. Соломон Снайдер из Университета Джона Хопкинса (Балтимор) не так давно уже засветился с открытием опиоидных рецепторов, за которое получил престижную премию Ласкера. Обнаружив, что с нами конкурирует такая опытная и сильная исследовательская группа, мы первым делом чуть не бросили проект – нам вдруг остро захотелось заняться чем-то очень обычным и приятным.
Однако куда мудрее было бы поскорее закончить эксперименты и пришпорить публикацию результатов. В итоге две статьи были опубликованы практически одновременно: наша – в European Journal of Biochemistry [1] и снайдеровская – в Proceedings of the National Academy of Sciences [2].
Обе вызвали огромный интерес; вся наука об обонянии разом стряхнула летаргию предшествовавшего периода. Казалось, весь мир ждет нового, более прямого подхода к работе с ольфакторным кодом и молекулярными механизмами, ответственными за восприятие запахов. И вот он наконец, вожделенный новый инструмент – белки, способные распознавать молекулы одорантов. Но как же они работают? Примерно как рецепторы, только ольфакторные? Понятное дело, что, будучи растворимыми белками, они должны либо содержаться в клеточной жидкости, либо плавать в межклеточном пространстве. Но вместо этого они делают нечто совершенно другое: передают сообщения из внешнего мира внутрь ольфакторного нейрона, а для этого нам нужны белки, прочно сидящие на клеточной мембране, так чтобы частично молекула была открыта в окружающую среду и могла получать из нее химические сигналы, а частично – внутрь нейрона, чтобы активировать его ферментные механизмы.
