Les observations de l’équipe peuvent expliquer comment les récepteurs olfactifs des insectes peuvent généralement évoluer si rapidement et diverger autant entre les espèces. Chaque espèce d’insecte peut avoir développé « son répertoire unique de récepteurs qui sont vraiment bien adaptés à sa niche chimique particulière », a déclaré Ruta.

« Cela nous dit qu’il se passe plus que la simple idée que les récepteurs interagissent de manière lâche avec un groupe de ligands », a déclaré Datta. Un récepteur construit autour d’une seule poche de liaison, avec un profil de réponse qui peut être réajusté par le plus petit des réglages, pourrait accélérer l’évolution en le libérant pour explorer un large éventail de répertoires chimiques.

Vanessa Ruta, neuroscientifique à l’Université Rockefeller, s’est tournée vers la biologie structurelle pour acquérir de nouvelles connaissances sur la manière précise dont les récepteurs olfactifs captent autant de molécules olfactives différentes.Photographie : Fondation John D. et Catherine T. MacArthur

L’architecture du récepteur a également soutenu ce point de vue. Ruta et ses collègues ont découvert qu’il s’agissait de quatre sous-unités protéiques faiblement liées au pore central du canal, comme les pétales d’une fleur. Seule la région centrale avait besoin d’être conservée à mesure que le récepteur se diversifiait et évoluait ; les séquences génétiques régissant le reste des unités réceptrices étaient moins contraintes. Cette organisation structurelle signifiait que le récepteur pouvait s’adapter à un large degré de diversification.

De telles contraintes évolutives légères au niveau du récepteur imposent probablement une pression sélective substantielle en aval sur les circuits neuronaux pour l’olfaction : les systèmes nerveux ont besoin de bons mécanismes pour décoder les schémas désordonnés de l’activité des récepteurs. « Effectivement, les systèmes olfactifs ont évolué pour prendre des modèles arbitraires d’activation des récepteurs et leur donner un sens par l’apprentissage et l’expérience », a déclaré Ruta.

Curieusement, cependant, le système nerveux ne semble pas se faciliter le problème. Les scientifiques avaient largement supposé que tous les récepteurs d’un neurone olfactif individuel étaient de la même classe et que les neurones de différentes classes allaient dans des régions de traitement séparées du cerveau. Cependant, dans une paire de prépublications publiées en novembre dernier, des chercheurs ont signalé que chez les mouches et les moustiques, les neurones olfactifs individuels expriment plusieurs classes de récepteurs. « Ce qui est vraiment surprenant et augmenterait encore plus la diversité de la perception sensorielle », a déclaré Barber.

Les découvertes de l’équipe de Ruta sont loin d’être le dernier mot sur le fonctionnement des récepteurs olfactifs. Les insectes utilisent de nombreuses autres classes de récepteurs olfactifs à canaux ioniques, y compris ceux qui sont beaucoup plus complexes et beaucoup plus spécifiques que ceux de la queue de soie sauteuse. Chez les mammifères, le récepteur olfactif n’est même pas un canal ionique ; il appartient à une toute autre famille de protéines.

« Il s’agit de la première structure de reconnaissance olfactive dans n’importe quel récepteur de n’importe quelle espèce. Mais ce n’est probablement pas le seul mécanisme de reconnaissance olfactive », a déclaré Ruta. «Ce n’est qu’une solution au problème. Il serait très peu probable que ce soit la seule solution.

Malgré cela, elle et d’autres chercheurs pensent qu’il y a beaucoup plus de leçons générales à tirer du récepteur olfactif de la queue de soie sauteuse. Il est tentant, par exemple, d’imaginer comment ce mécanisme pourrait s’appliquer à d’autres récepteurs dans le cerveau des animaux – de ceux qui détectent les neuromodulateurs comme la dopamine à ceux qui sont affectés par divers types d’anesthésiques – « et à quel point ils sont imprécis être », a déclaré Barber. « Il offre un modèle fascinant pour continuer à explorer les interactions de liaison non spécifiques. »

Peut-être que cette approche flexible et contraignante devrait également être envisagée dans d’autres contextes, a-t-elle ajouté. Recherche publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences en mars, par exemple, a suggéré que même les récepteurs canoniques de canaux ioniques verrouillables pourraient ne pas être aussi strictement sélectifs que les scientifiques le pensaient.

Si de nombreux types différents de protéines se lient aux récepteurs par des interactions flexibles et faibles au sein d’un certain type de poche, ce principe pourrait guider la conception rationnelle de médicaments pour diverses maladies, en particulier les troubles neurologiques. À tout le moins, les travaux de Ruta sur la liaison du DEET à un récepteur olfactif d’insecte pourraient fournir des informations sur la façon de développer des répulsifs ciblés. « Le moustique est toujours l’animal le plus meurtrier sur Terre » à cause des maladies qu’il transporte, a déclaré Ruta.