Przez dziesięciolecia społeczność naukowa zakładała, że węch jest procesem chaotycznym. Uważano, że receptory węchowe – wyspecjalizowane komórki odpowiedzialne za wykrywanie zapachów – są rozmieszczone losowo w błonie śluzowej nosa. Jednak nowe, przełomowe badanie obaliło tę koncepcję, pokazując, że nos jest w rzeczywistości wysoce zorganizowanym i precyzyjnie zorganizowanym narządem zmysłów.
Od chaosu do porządku
Badanie opublikowane w czasopiśmie Cell przedstawia pierwszą kompleksową mapę receptorów węchowych w nosie myszy. Korzystając z zaawansowanej technologii genetycznej, naukowcy odkryli, że receptory te nie są rozproszone losowo; zamiast tego są ułożone w gęste, zorganizowane pasma przypominające wzór w paski.
Złożoność tego systemu jest niesamowita. Podczas gdy ludzie mają tylko trzy główne typy receptorów wzrokowych odpowiedzialnych za postrzeganie kolorów, myszy mają około 20 milionów neuronów węchowych zdolnych do ekspresji ponad 1100 różnych typów receptorów. Każdy receptor jest odpowiedzialny za wykrywanie określonego rodzaju zapachu, a badanie pokazuje, że te różne typy są rozmieszczone w około tysiącu odrębnych, nakładających się pasm.
Technologie stojące za odkryciem
Zespół kierowany przez dr Sandeepa Duttę z Harvard Medical School dokonał tego przełomu, łącząc dwie najnowocześniejsze techniki:
- Sekwencjonowanie pojedynczych komórek: Umożliwiło to badaczom indywidualne zbadanie każdego dojrzałego neuronu węchowego w celu dokładnego określenia, który receptor wyraża każda komórka.
- Transkryptomika przestrzenna: ta technologia umożliwiła zespołowi dokładne określenie fizycznej lokalizacji tych specyficznych receptorów w jamie nosowej.
Po przeanalizowaniu 5,5 miliona neuronów u ponad 300 myszy naukowcy odkryli, że struktura ta jest wyjątkowo stabilna: „mapa” receptorów była prawie identyczna w każdej badanej próbce.
Bezpośrednie połączenie między nosem a mózgiem
Być może najbardziej znaczącym odkryciem było to, że ta fizyczna organizacja nosa nie jest zjawiskiem odosobnionym. Badanie wykazało bezpośrednią korelację między budową nosa a ośrodkiem przetwarzania informacji w mózgu.
„Mapa w nosie dokładnie odpowiada mapie w mózgu” – zauważyła dr Dutta.
Neurony wyrażające ten sam receptor w nosie są zawsze kierowane do tego samego, konkretnego miejsca w opuszce węchowej (głównym ośrodku przetwarzania zapachów w mózgu). Wskazuje to na obecność wysoce wydajnego, „przewodowego” systemu, w którym informacje zmysłowe są zorganizowane przestrzennie od momentu ich wejścia do organizmu aż do dotarcia do mózgu.
Rola kwasu retinowego
Naukowcy zidentyfikowali także potencjalnego biologicznego „architekta” tej struktury, cząsteczkę zwaną kwasem retinowym (RA). Badanie sugeruje, że RA działa jak przewodnik, dając neuronom instrukcje dotyczące tego, który receptor powinny wyrażać w zależności od ich lokalizacji. Kiedy naukowcy manipulowali poziomami RA, mapa receptorów przesunęła się, dostarczając mocnych dowodów na to, że cząsteczka ta pomaga kontrolować położenie i wpływ neuronów węchowych.
Dlaczego jest to ważne dla zdrowia ludzkiego
Chociaż badanie to przeprowadzono na myszach, jego konsekwencje dla medycyny ludzkiej są ogromne. Ludzki układ węchowy jest strukturalnie podobny do myszy, chociaż mamy ogólnie mniej receptorów.
Zrozumienie podstawowych zasad węchu może prowadzić do przełomów w kilku obszarach:
– Leczenie anosmii: opracowanie skuteczniejszych metod leczenia utraty węchu.
– Zdrowie psychiczne: zajęcie się psychologicznymi skutkami utraty węchu, takimi jak zwiększone ryzyko depresji.
– Neurobiologia: badanie funkcjonowania tych biologicznych „map” u różnych gatunków.
Wniosek
Wykazując, że zmysł węchu opiera się na wysoce zorganizowanej mapie przestrzennej, a nie na losowym rozkładzie, badanie to oferuje nowy plan zrozumienia, w jaki sposób mózg postrzega otaczający go świat. Odkrycie to przesuwa punkt ciężkości nauki o węchach w stronę badania, w jaki sposób powstają te precyzyjne wzorce biologiczne i jak można je przywrócić u ludzi.
