Παρ’ όλα αυτά, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν επί δεκαετίες να εξηγήσουν πλήρως πώς λειτουργεί αυτό το αισθητήριο σε βασικό βιολογικό επίπεδο.
«Η όσφρηση είναι εξαιρετικά μυστηριώδης», δήλωσε ο Sandeep Datta, καθηγητής νευροβιολογίας στο Harvard.
Σε αντίθεση με την όραση, την ακοή και την αφή, η επιστημονική κατανόηση της όσφρησης παρέμενε μέχρι σήμερα πολύ πιο περιορισμένη.
Χρησιμοποιώντας ποντίκια, ο Datta και η ομάδα του δημιούργησαν τον πρώτο λεπτομερή χάρτη που δείχνει πώς περισσότεροι από χίλιοι διαφορετικοί υποδοχείς όσφρησης είναι οργανωμένοι μέσα στη μύτη.
Τα ευρήματα ανέτρεψαν μια παλιά επιστημονική παραδοχή. Αντί οι νευρώνες να κατανέμονται τυχαία, αποδείχθηκε ότι οργανώνονται με εξαιρετική ακρίβεια σε οριζόντιες λωρίδες που εκτείνονται από το πάνω έως το κάτω μέρος της ρινικής κοιλότητας, ανάλογα με τον τύπο του υποδοχέα.
«Τα αποτελέσματά μας φέρνουν τάξη σε ένα σύστημα που μέχρι σήμερα θεωρούνταν χαοτικό, αλλάζοντας ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τη λειτουργία του», εξήγησε ο Datta.
Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι αυτή η διάταξη στη μύτη αντιστοιχεί άμεσα σε αντίστοιχους χάρτες στον οσφρητικό βολβό του εγκεφάλου, προσφέροντας νέα στοιχεία για το πώς μεταδίδονται τα σήματα των οσμών στον εγκέφαλο.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 28 Απριλίου στο επιστημονικό περιοδικό Cell Press.Γιατί η όσφρηση παρέμενε «αχαρτογράφητη»
Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και χρόνια πώς είναι οργανωμένοι οι αισθητηριακοί υποδοχείς στα μάτια, στα αυτιά και στο δέρμα, καθώς και πώς συνδέονται με τον εγκέφαλο. Η όσφρηση αποτελούσε τη μοναδική εξαίρεση.
«Η όσφρηση ήταν η μοναδική αίσθηση που παρέμενε χωρίς χάρτη για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα», ανέφερε ο Datta.
Η δυσκολία οφείλεται στην τεράστια πολυπλοκότητα του συστήματος. Τα ποντίκια διαθέτουν περίπου 20 εκατομμύρια οσφρητικούς νευρώνες που εκφράζουν πάνω από χίλιους διαφορετικούς τύπους υποδοχέων.
Αντίθετα, η έγχρωμη όραση βασίζεται μόλις σε τρεις βασικούς τύπους υποδοχέων.
Κάθε οσφρητικός υποδοχέας είναι «κουρδισμένος» ώστε να ανιχνεύει συγκεκριμένες ομάδες μορίων οσμών.
Οι επιστήμονες άρχισαν να ανακαλύπτουν τους υποδοχείς όσφρησης το 1991. Τα επόμενα 35 χρόνια προσπάθησαν να καταλάβουν αν υπήρχε κάποιος οργανωμένος χάρτης.
Οι πρώτες μελέτες έδειχναν ότι οι υποδοχείς περιορίζονταν σε ορισμένες γενικές ζώνες, οδηγώντας στην εντύπωση ότι η κατανομή τους ήταν κυρίως τυχαία.
Όμως, με την πρόοδο των γενετικών εργαλείων, η ομάδα του Datta αποφάσισε να επανεξετάσει το ζήτημα με πολύ πιο ισχυρές τεχνικές.
Χαρτογράφηση 5,5 εκατομμυρίων νευρώνων
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέλυσαν περίπου 5,5 εκατομμύρια νευρώνες από περισσότερα από 300 ποντίκια.
Συνδύασαν τεχνικές single-cell sequencing – που εντοπίζουν ποιοι υποδοχείς εκφράζονται σε κάθε νευρώνα – με χωρική μεταγραφωμική, που δείχνει πού ακριβώς βρίσκεται κάθε κύτταρο.
«Πρόκειται ίσως για τον περισσότερο “αλληλουχημένο” νευρικό ιστό που έχει μελετηθεί ποτέ. Χρειαζόμασταν όμως αυτό το τεράστιο εύρος δεδομένων για να κατανοήσουμε πραγματικά το σύστημα», δήλωσε ο Datta.
Η ανάλυση αποκάλυψε ξεκάθαρα ότι οι νευρώνες οργανώνονται σε πυκνές, αλληλοεπικαλυπτόμενες οριζόντιες λωρίδες, ανάλογα με τον τύπο υποδοχέα που εκφράζουν.
Το μοτίβο ήταν σταθερό σε όλα τα ζώα και αντιστοιχούσε στενά στον τρόπο με τον οποίο οργανώνονται τα σήματα στον εγκέφαλο – παρόμοια με ό,τι συμβαίνει στην όραση, την ακοή και την αφή.
Το ρετινοϊκό οξύ «σχεδιάζει» τον χάρτη της όσφρησης
Οι επιστήμονες διερεύνησαν επίσης πώς δημιουργείται αυτή η εξαιρετικά ακριβής οργάνωση.
Εντόπισαν το ρετινοϊκό οξύ – ένα μόριο που ρυθμίζει τη γονιδιακή δραστηριότητα – ως βασικό παράγοντα.
Μια κλίση συγκέντρωσης του ρετινοϊκού οξέος μέσα στη μύτη φαίνεται να καθοδηγεί τους νευρώνες και να καθορίζει ποιον υποδοχέα θα εκφράσει κάθε κύτταρο ανάλογα με τη θέση του.
Όταν οι ερευνητές αύξησαν ή μείωσαν τα επίπεδα του μορίου, ολόκληρος ο χάρτης των υποδοχέων μετακινήθηκε προς τα πάνω ή προς τα κάτω.
«Δείχνουμε ότι η ανάπτυξη μπορεί να οργανώσει πάνω από χίλιους διαφορετικούς υποδοχείς όσφρησης σε έναν εξαιρετικά ακριβή χάρτη που παραμένει σταθερός σε όλα τα ζώα», εξήγησε ο Datta.
Τι σημαίνει αυτή η ανακάλυψη για την ιατρική
Η ανακάλυψη θεωρείται τεράστιο βήμα για την κατανόηση της λειτουργίας της όσφρησης και ενδέχεται να έχει σημαντικές ιατρικές εφαρμογές.
Η απώλεια όσφρησης παραμένει σήμερα μια πάθηση με περιορισμένες θεραπευτικές επιλογές, παρότι επηρεάζει την ασφάλεια, τη διατροφή και την ψυχική υγεία.
«Δεν μπορούμε να αποκαταστήσουμε την όσφρηση αν δεν κατανοήσουμε πρώτα πώς λειτουργεί σε βασικό επίπεδο», υπογράμμισε ο Datta.
Οι ερευνητές εξετάζουν τώρα γιατί οι λωρίδες των υποδοχέων εμφανίζονται με αυτή τη συγκεκριμένη σειρά και αν παρόμοια μοτίβα υπάρχουν και στους ανθρώπους.
Η έρευνα θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για μελλοντικές θεραπείες, όπως θεραπείες με βλαστοκύτταρα ή διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή για αποκατάσταση της όσφρησης.
«Η όσφρηση έχει βαθιά και εκτεταμένη επίδραση στην ανθρώπινη υγεία. Η αποκατάστασή της δεν αφορά μόνο την ευχαρίστηση ή την ασφάλεια, αλλά και την ψυχολογική ευεξία», κατέληξε ο Datta.
