Nature：昆虫如何区分糖

人类舌头上只有一种感受器，可以感知各种甜味，从真正的糖到像阿斯巴甜这样的人工甜味剂，而昆虫有许多感受器，每种感受器都能检测特定类型的糖。耶鲁大学的研究人员现在发现了昆虫受体如此有选择性的一种方式，他们说这一发现将帮助我们理解动物是如何破译化学世界的，以及我们将来如何模仿这种能力。他们在3月6日发表在《自然》杂志上的一项研究中报告了他们的发现。

　　

人类的舌头上只有一种感受器，可以探测到各种各样的甜味，从真正的糖到像阿斯巴甜这样的人工甜味剂，而昆虫有许多感受器，每种感受器都能探测到特定类型的糖。耶鲁大学的研究人员现在发现了昆虫受体如此有选择性的一种方式，他们说这一发现将帮助我们理解动物是如何破译化学世界的，以及我们将来如何模仿这种能力。

他们在3月6日发表在《自然》杂志上的一项研究中报告了他们的发现。

耶鲁大学医学院药理学助理教授、该研究的资深作者Joel Butterwick说，糖对动物和人类都很重要。

“我们都尝过糖的味道。它是几乎所有动物的主要能量来源，”Butterwick说。

品尝糖的能力对于识别必要的营养物质和产生与营养相伴的愉悦感也是必不可少的。与哺乳动物不同，昆虫也依靠它们的味觉系统来探测交配对象，并确定产卵的最佳地点。

但是昆虫是如何检测特定的糖的——区分那些看起来非常相似但有细微差异的分子——仍然不清楚。为了更好地理解昆虫味觉感受器的敏感性，巴特威克和他的研究小组专注于一种感受器，这种感受器具有很强的选择性，它只对一种糖——D-果糖有反应。这种受体存在于蚕蛾的口腔和大脑中。作为一个配体门控受体，它只有在它的配体——能够与它结合的分子，附着之后才会被激活。

研究人员说，出乎意料的是，尽管D-果糖是唯一激活这种受体的糖，但研究人员发现，还有其他几种糖与它结合。

Butterwick说:“这告诉我们，这些糖附着的区域，并不是决定激活的唯一因素。”定有别的解释。所以我们想在原子尺度上观察受体，详细了解糖和受体是如何相互作用的。”

研究小组绘制了单独受体的结构以及与D-果糖结合的受体的结构。他们观察到d -果糖依偎在结合袋中，并引发了激活受体的形状变化。

然后，他们绘制了受体与一种与D-果糖极其相似的糖结合时的结构。虽然这种糖，L-山梨糖，确实像D-果糖一样与受体结合，但它并没有改变受体的形状，使受体失去活性。这两种糖的区别不在于它们如何附着在结合袋上，而在于它们如何与连接结合袋和受体不同部分的分子桥相互作用。

简而言之，D-果糖能够连接桥梁并引发形状变化，而L-sorbose则不能。

Butterwick说:“我们认为有趣的是，在口袋之外发生的相互作用是一种选择机制。”“进化可能在两个方面都起作用。例如，一个比这个受体特异性低的受体可能会结合更多的分子或者它的桥更容易被激活。有了多个方面的作用，进化就有更多的方法来微调这些受体。”

Butterwick说，揭示受体如何识别各种物质的机制将有助于研究人员了解嗅觉和味觉如何使人类和动物破译化学世界。

他补充说，这也可以为生物传感器的发展提供信息。有些狗能闻出癌症或帕金森氏症等疾病。了解嗅觉和味觉受体如何区分物质，将有助于“电子鼻”的发展，这种“电子鼻”可以嗅出疾病。

“人们已经在尝试这么做了。虽然取得了一些成功，但也有更多的失败。”“我们在这里的工作可能有助于解释为什么它具有挑战性。这不仅仅是结合感兴趣的分子。受体如何激活也很重要。”

展望未来，研究人员希望探索这些受体的药理潜力。

“历史上有无数的例子表明，一个原子结构的解决为重大发现铺平了道路。”“如果我们能够调节影响昆虫摄食行为的受体，也许我们可以制定更好的策略来对抗传播疾病的蚊子。”