甜蜜的东西：昆虫如何区分糖分

虽然人类的舌头上有一个受体，可以检测各种甜食，从真正的糖到阿斯巴甜等人造甜味剂，但昆虫有许多受体，每个受体都可以检测特定类型的糖。耶鲁大学的研究人员现在已经发现了昆虫受体能够如此具有选择性的一种方式，他们说这一见解将帮助我们了解动物如何破译化学世界，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。

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

“我们都尝到了糖的味道。它几乎是每一种动物的主要能量来源，“巴特威克说。

品尝糖分的能力对于识别必要的营养素和产生与营养搭配的愉悦感也至关重要。与哺乳动物不同，昆虫还依靠它们的味觉系统来检测交配伴侣并确定产卵的最佳位置。

但是，昆虫如何检测特定的糖类 – 区分看起来非常相似但具有细微差异的分子 – 仍然不清楚。为了更好地了解昆虫味觉受体的敏感性，巴特威克和他的研究小组专注于一种具有选择性的受体，它只对一种糖——D-果糖有反应。该受体存在于蚕蛾的口腔和大脑中。作为一种配体门控受体，它只有在其配体（能够与之结合的分子）附着后才会被激活。

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，但研究人员发现其他几种糖与它结合。

“这告诉我们，这些糖附着的区域，即结合口袋，并不是决定激活的唯一因素，“巴特威克说。“必须有其他解释。因此，我们想在原子尺度上观察受体，以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。他们观察到D-果糖被嵌入结合口袋中，并启动了激活受体的形状变化。

然后，他们绘制了受体与与D-果糖极其相似的糖结合时的结构。虽然这种糖，L-山梨糖，似乎与受体结合，就像D-果糖一样，但它并没有改变受体的形状，使受体失去活性。两种糖之间的区别不在于它们如何附着在结合口袋上，而在于它们如何与将结合口袋连接到受体不同部分的分子桥相互作用。

简而言之，D-果糖能够接合该桥并引发形状变化，而L-山梨糖则不然。

“我们认为有趣的是，在口袋之外发生了相互作用，充当了一种选择机制，“巴特威克说。“进化可能在这两个方面都起作用。例如，一个比这个特异性更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。由于需要对多个方面采取行动，因此有更多的进化方法可以微调这些受体。

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能够破译化学世界。

他补充说，它还可以为生物传感器的开发提供信息。有些狗可以闻到癌症或帕金森病等疾病。了解嗅觉和味觉受体如何区分物质将有助于开发可以嗅出疾病的“电子鼻”。

“人们已经在尝试这样做。虽然取得了一些成功，但失败也更多，“巴特威克说。“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学潜力。

“历史上有无数的案例，其中解决的原子结构为重大发现铺平了道路，“巴特威克实验室的研究生，该研究的主要作者João Victor Gomes说。戈麦斯来自巴西，该国目前正面临严重的登革热激增，仅今年就登记了超过100万例蚊媒疾病。

“如果我们能够调节影响昆虫摄食行为的受体，“他说，”也许我们可以制定更好的策略来对抗传播疾病的蚊子。