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这一发现可以促进我们对人类嗅觉蛋白如何识别特定气味的理解。
OR51E2受体被具有奶酪气味的丙酸激活。
正是由于鼻子里的一种叫做气味感受器的蛋白质，我们才会觉得玫瑰的气味很好闻，而腐烂食物的气味则很难闻。但对于这些感受器是如何检测分子并将其转化为气味的，我们知之甚少。
现在，研究人员第一次绘制出了人类气味受体的精确3D结构，在理解我们最神秘的感官方面又向前迈出了一步。这项研究发表在3月15日的《Nature》杂志上，描述了一种名为OR51E2的嗅觉受体，并展示了它如何通过特定的分子相互作用来“识别”奶酪的气味。该研究的合著者、加州大学旧金山分校的药物化学家Aashish Manglik说:“这基本上是我们第一次看到任何气味分子与我们的气味受体相互作用的照片。”
人类基因组包含编码400个嗅觉感受器的基因，这些感受器最早是由理查德·阿克塞尔和莉娜·巴克在19912年发现的，它们可以探测多种气味。20世纪20年代的研究人员估计，人类的鼻子可以分辨出大约10,000种气味，但2014年的一项研究表明，我们可以分辨出超过一万亿种气味。
每个嗅觉感受器只能与一种叫做气味剂的气味分子的子集相互作用，而一种气味剂可以激活多个感受器。曼格利克说，这“就像在钢琴上敲击和弦”。“不是敲击单个音符，而是敲击多个键的组合，从而产生一种独特的气味。”除此之外，对于嗅觉感受器如何识别特定的气味并在大脑中编码不同的气味，我们所知甚少。使用标准的实验室方法生产哺乳动物嗅觉受体蛋白质的技术挑战使得研究这些受体如何与气味结合变得困难。
伦敦国王学院的神经科学家Matthew Grubb说:“除了嗅觉神经元，几乎所有的神经元都不喜欢呆在其他类型的细胞里。”这意味着它们不能在常用的细胞系中生长或稳定。Grubb说，“你可能必须解剖数千只老鼠的鼻子”才能复制样本。“这是不可行的。”
为了克服这一问题，Manglik和他的同事们专注于OR51E2受体，它的功能不仅仅是气味识别，还存在于肠道、肾脏、前列腺组织以及嗅觉神经元中。
OR51E2与两种气味分子相互作用:醋酸和丙酸，前者闻起来像醋，后者闻起来像奶酪。作者纯化了OR51E2，并使用冷冻电子显微镜(一种原子分辨率成像技术)分析了它的结构，包括丙酸和不含丙酸。他们还使用计算机辅助模拟来模拟蛋白质如何在原子尺度上与气味相互作用。他们发现，丙酸通过特定的离子和氢键与OR51E2结合，这些离子和氢键将丙酸的羧酸锚定在受体的一个称为结合袋的区域的氨基酸上，精氨酸。与丙酸的结合改变了OR51E2的形状，这是打开受体的原因。这些分子间的相互作用是至关重要的:研究人员表明，影响精氨酸的突变阻止了OR51E2被丙酸激活。
Manglik说:“这是我们排列多米诺骨牌的方式，以了解如何推动受体的一侧打开另一侧。”
科学家们长期以来的梦想是建立一个嗅觉受体的分子图谱，绘制出它们的化学结构，以及受体的哪种组合对应于特定的气味。但Manglik说:“这在该领域是非常遥不可及的。”
OR51E2受体对丙酸和乙酸是特异性的。但格拉布说:“这并不完全是单一气味与单一受体分子的结合。”OR51E2是I类嗅觉受体;只有大约10%的人类嗅觉受体基因编码这种类型。其余的为II类受体编码，通常可以识别更广泛的气味。“它们可能有非常不同的机制，”纽约市洛克菲勒大学的神经科学家Vanessa Ruta说。她补充说，研究人类气味受体的其他例子并阐明它们的结构至关重要。“这将使人们更广泛地了解气味识别的不同方式。”
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