El descubrimiento de
una gran familia de receptores que detectan el olor finalmente resolvió el gran
misterio de cómo nuestro cerebro percibe los olores.
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| Esta imagen puede parecer una máscara de carnaval, pero en realidad muestra las estructuras clave que los ratones, y por extensión, todos los mamíferos, utilizan cada vez que registran un olor. La "boca" en la imagen representa la cavidad nasal en un ratón en desarrollo, que está revestida con células especializadas en detección de olores (en verde). Cuando el animal respira, las moléculas de olor aerotransportadas por el aire activan estas células, que luego envían su señal a los bulbos olfatorios, los "ojos" en esta imagen. Imagen de Memi, et al. Revista de Neurociencia, 2013. |
El olfato evoca
recuerdos poderosos. Sin embargo, era el más enigmático de nuestros sentidos
hasta que los investigadores descubrieron una gran familia de proteínas que
detectan los olores. La comprensión de estas proteínas ha revelado la
naturaleza primigenia del olfato, ha abierto una ventana a la detección de los
trastornos neurodegenerativos, y ha dado a conocer una clase de sensores
químicos en todo el cuerpo.
El descubrimiento
El aroma de galletas
recién horneadas o el aroma de una rosa pueden evocar recuerdos intensos. Para
los animales, el sentido del olfato ejerce una poderosa influencia sobre los
comportamientos básicos que incluyen comer, aparearse y evitar el peligro.
Pero, a pesar de su naturaleza básica para la supervivencia de los seres vivos,
el sentido del olfato siguió siendo un enigma hasta hace muy poco.
Nuestros sentidos
nos permiten detectar los cambios físicos que nos rodean y percibir la
naturaleza de nuestro mundo. Para la vista, la percepción comienza con la
retina que detecta la luz, pero realmente ver un coche que avanza hacia
nosotros requiere que el cerebro reciba las señales de la retina y las procese
rápidamente. Que el coche se perciba como verde es el resultado del
procesamiento por el cerebro de las señales transmitidas por las células sensoriales
en el ojo capaces de detectar sólo tres colores primarios.
Siglos de experimentación
culminaron en un experimento de 1965 que demostró el papel de las células
"cono" en la visión del color. Como resultado, los científicos postularon
que, de manera similar a como vemos, las neuronas olfatorias que detectan los
olores podrían recoger unos cuantos olores "primarios" que el cerebro
luego convertiría en el gran número de olores que podemos detectar.
Probar que la suposición era equivocada requirió un
gran avance tecnológico. A finales de los ochenta, la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR) revolucionó la biología molecular proporcionando una manera de
replicar pequeñas cantidades de material genético para estudiarlas. Richard
Axel y Linda Buck emplearon PCR para buscar receptores odorantes.
Razonaron que los
receptores del olor podrían pertenecer a una familia grande y diversa de
proteínas receptoras encontradas en otros tejidos del cuerpo, pero sólo
buscaron esas proteínas en las neuronas sensoriales de la nariz. Axel y Buck
exploraron el material genético contenido en las neuronas olfativas de ratas
buscando secuencias similares a las que codifican a la familia de receptores.
En 1991, aislaron 18 genes receptores únicos que eran miembros de esta familia,
pero sólo se encontraban en neuronas sensoriales olfativas. Esos 18 fueron los
primeros de lo que resultó ser un conjunto de más de 1000 genes que codifican
sensores de olor en roedores, más comúnmente denominados hoy receptores
olfativos. Por su trabajo, Axel y Buck recibieron el Premio Nobel 2004 de Medicina.
Conocimiento más profundo
Con los receptores
olfativos en la mano, los investigadores de todo el mundo comenzaron el trabajo
de entender cómo podemos discernir la diferencia entre moléculas de olor
notablemente similares. En 2002, ya se había establecido que los receptores
representaban una "super familia" de más de 1.000 proteínas
individuales. Sin embargo, esos números no podían explicar todos los olores que
percibimos en nuestro mundo si cada receptor detectara sólo un olor particular.
En 1999, la
comunidad científica sabía que cada receptor podría detectar, de hecho,
múltiples moléculas que difieren ligeramente entre sí. Esa habilidad aumentó
grandemente el número de olores detectables, pero no bastante para explicar
completamente nuestra capacidad para oler multitud de olores.
El descubrimiento de
que los receptores individuales pueden responder a muchas moléculas diferentes
fue la clave para entender cómo un número limitado de receptores nos permite
detectar y discernir un gran número de olores. Además, cualquier molécula de
olor activa múltiples receptores olfativos.
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| Un diagrama del sistema olfativo, identificando las regiones claves incluyendo los cilios, las células receptoras y el bulbo olfatorio. Las moléculas olorosas en el aire son recogidas por los receptores expresados en los cilios de las células receptoras. Estas células envían información al bulbo olfatorio en el cerebro, donde se procesa la sensación del olor. Imagen de istockPhoto |
Percibir el olor
comienza en los receptores olfativos de la nariz y termina en el cerebro. Cada
olor activa una combinación específica de neuronas olfativas, que el cerebro
decodifica como un aroma particular. Esta codificación "combinatoria"
nos permite detectar muchos más olores que los receptores específicos. Cada
olor químico desencadena su propio patrón único de actividad neuronal, que
conduce a nuestra percepción de un olor particular.
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Buck, Axel y otros
estudiaron la organización de las neuronas sensoriales en el epitelio olfativo
-el tejido nervioso dentro de la nariz- que ayudó a describir cómo la
información fluye de la nariz al cerebro. Describieron cómo esas neuronas
sensoriales se comunican con sus objetivos - neuronas en una estructura
cerebral llamada bulbo olfativo - y cómo la información se transmite a
estaciones de relevo superiores, como la corteza olfativa.
Es más, las señales
del olor se irradian a las regiones más
profundas del cerebro, incluyendo la amígdala y el hipocampo, áreas críticas
para la emoción y la memoria - una razón de por qué un olor puede evocar
sentimientos tan poderosos.
Implicaciones para la salud
En el momento en que
atrapamos un olor a hierba recién cortada, las neuronas olfativas en
nuestras narices entran en acción enviando señales eléctricas en un viaje a
través de nuestros cerebros. La primera parada son los centros olfativos donde
se transforman en lo que percibimos como olor. A medida que las señales viajan
a regiones más profundas del cerebro, pueden desencadenar emociones y recuerdos
a medida que llegan a la amígdala y al hipocampo.
Aunque uno podría
sobrevivir en el mundo moderno sin el sentido del olfato, perderlo puede
señalar algo más pernicioso en el cerebro. Los pacientes con algunos trastornos
neurodegenerativos, incluyendo la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de
Parkinson, con frecuencia tienen dificultades para detectar e identificar
olores. Estos problemas surgen mucho antes de que sus recuerdos se deterioren o
desarrollen temblores. Los estudios indican que el déficit de olor entre los
adultos mayores sanos puede predecir el deterioro cognitivo posterior o la
enfermedad de Parkinson.
Los investigadores
continúan explorando por qué ocurre esto con el fin de desarrollar diagnósticos
tempranos y terapias potencialmente nuevas dirigidas a la causa subyacente del
daño.
Aunque la gran mayoría
de los receptores olfatorios sólo existen en la nariz, los científicos han
encontrado algunos receptores en otros tejidos incluyendo los pulmones, los
riñones, la piel, el corazón, el músculo, el colon y el cerebro. Como
resultado, los científicos están comenzando a postular que sirven no sólo como
receptores del olfato sino como sensores químicos más generales. El esperma,
por ejemplo, utiliza la señal de los receptores olfativos para navegar a los
huevos no fertilizados. En los riñones, ayudan a los ratones a regular la
presión sanguínea. Los pulmones utilizan receptores olfativos para detectar
sustancias químicas nocivas y contraer las vías respiratorias.
Los investigadores
también han comenzado a explorar cómo los receptores olfativos en todo el cuerpo
pueden posiblemente facilitar los efectos de ciertos fármacos.
El descubrimiento de
los receptores olfatorios abrió una ventana a nuestro sentido del olfato conduciéndonos
potencialmente a una mejor comprensión
de la señalización química en todo el cuerpo. A través de la investigación
continua, los científicos pueden encontrar nuevos roles para los receptores
olfativos, así como nuevas oportunidades para diagnosticar y tratar
enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y Parkinson.
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