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超級嗅覺鼠

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Whodenie / flickr

 

有沒有想過為甚麼你經過賣香水的地方會嗅到某種香味?或是你每天起床沖咖啡的時候會嗅到咖啡香味?那是因為這些氣味的分子經過空氣進入我們的鼻子,然後和嗅覺感受器 (olfactory receptor) 結合,訊號經過嗅覺神經元傳入我們的腦部後,腦部便告訴我們是那一種氣味。

但是我們的嗅覺系統非常複雜。雖然現在科學家已知道小鼠有大概1200種嗅覺基因,而人類只有大概350至400種。但至於那一類嗅覺感受器接收那種氣味,或者腦部如何分辨某種物質是甚麼氣味,科學界中所知的仍然不多。

其中一個關鍵的問題,便是同一種嗅覺感受器接收所有的氣味,還是不同的嗅覺感受器接收不同的氣味後,把訊號傳遞到腦部?在嗅覺研究中,科學家發現大約0.1% 嗅覺神經元連接着同一種嗅覺感受器。而同一種嗅覺感受器接收某一種氣味後,便會把有關的訊號傳送到腦部分析。

於是,美國Hunter College 的科學家嘗試問一個問題,如果能在小鼠身上大量表達同一種嗅覺感受器及神經元,那麼牠們會否對某種氣味的敏感度增加?他們利用基因改造的方法在小鼠的嗅覺系統大量表達一種名為 「M71」的嗅覺感受器,而這種嗅覺感受器可以探測到一種叫做苯乙酮 (acetophenone) 的化學物質。在螢光顯微鏡下,科學家確定基因改造的小鼠大量表達了這種嗅覺感受器。換算來說,如果普通小鼠100萬個的嗅覺神經元裏有2百個「M71」嗅覺感受器,那麼基因改造的小鼠便有1萬個 「M71」嗅覺感受器。他們甚至可以把人類的其中一種嗅覺感受器表達在小鼠身上。

那麼,如何測試增加了嗅覺感受器和神經元會否增強對氣味的敏感度?

科學家利用 「躲避行為實驗」方式來測試,他們把不同濃度的化學物質加入水中,而這些化學物質會令喝了這水的小鼠感到胃部不適。因此,如果小鼠能嗅出水中的味道,便會懂得迴避而不再喝水。結果發現,基因改造的小鼠比普通小鼠能嗅出低100倍濃度化學物質的水。實驗證明,增加了嗅覺感受器和神經元會增強小鼠對氣味的敏感度,從而避開牠們不喜歡的氣味。

超級嗅覺鼠有甚麼用途?硏究團隊解釋,這些能對某種氣味極靈敏的小鼠經過訓練後或許可以嗅到地雷或炸彈的化學物質,減少不必要的人命傷亡。由於他們也能成功把人類的嗅覺感受器表達在小鼠上,這種超級嗅覺鼠或者能為人類嗅覺的硏究提供一個重要的硏究平台。

 

參考文章:

Science. These ‘supersniffer’ mice could one day detect land minds, diseases

Charlotte D’Hulst et al. MouSensor: A Versatile Genetic Platform to Create Super Sniffer Mice for Studying Human Odor Coding. Cell Reports (2016)(DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.06.047)

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