Nobelova nagrada za medicino 2004 za odkritje receptorjev za vonjave in delovanje vohalnega sistema.
Vonj je eden izmed osnovnih čutov, s katerimi zaznavamo svet okoli sebe. Specifičen vonj nas lahko popelje med vesele otroške spomine, ali nas spomni, kakšne težave smo imeli nazadnje ko smo pojedli školjko, ki je oddajala čuden vonj. Vonj sestavljajo kombinacije molekul, ki jih zaznavajo receptorji vohalnega sistema.
Vsa živa bitja imajo neko vrsto sistema zaznavanja kemičnih spojin v svojem okolju. To je ne samo ključnega pomena za preživetje, ampak tudi za razumevanje svoje okolice. Pri sesalcih je vohalni sistem izredno pomemben, saj preko njega mladiči najdejo pot to seska z materinim mlekom. Brez sposobnosti zaznave vonja takšni mladiči lahko preživijo samo z zunanjo pomočjo. Enako velja tudi za človeške otroke, a imajo seveda to prednost, da jim njihovi starši lahko pomagajo. Kljub temu, da je vohalni sistem tako zelo pomemben, zelo dolgo časa nismo jasno razumeli, kako deluje. Šele leta 1991 sta Richard Axel in Linda Buck v obsežni študiji odkrila receptorje za vonjave in razkrila delovanje vohalnega sistema. Za to odkritje sta leta 2004 prejela Nobelovo nagrado za medicino ali fiziologijo.
Človek si je sposoben zapomniti in prepoznati približno 10.000 različnih vonjav. Kako človek zazna te vonjave in kako si jih zapomni, je bilo vprašanje, s katerim se je znanost ukvarjala zelo dolgo, a brez uspeha. Šele z napredkom v razumevanju delovanja človeških genov se je odprla pot, da sta Axel in Buck lahko odgovorila na to vprašanje. Svojo obširno raziskavo o zaznavanju vonja sta izvedla na miših, kjer sta odkrila družino približno 1.000 različnih genov, ki so povezani s približno enakim številom receptorjev za vonjave. Ti receptorji se nahajajo na koncih receptorskih celic, ki se običajno nahajajo v zgornjem delu nosne sluznice in zaznavajo vdihnjene molekule, ki sestavljajo vonj.
V nadaljevanju sta ugotovila, da ima vsaka posamezna celica samo en tip receptorja, ki zaznava samo zelo omejeno število različnih vonjev. Iz tega sledi, da so vohalne celice visoko specializirane za zaznavanje relativno majhnega števila zelo pomembnih vonjav. Ko se receptor aktivira, se v njem sproži električni signal, ki nato informacijo prenese po živcih v možgane. Receptor za to nalogo aktivira protein tipa G, ki vzpodbudi proizvodnjo posebnih molekul za prenašanje signalov. Tudi to odkritje, da receptorji za vonjavne uporabljajo protein G, sta opisala Axel in Buck.
Kasneje sta oba raziskovalca z ločenimi raziskovalnimi skupinami odkrila, da vsaka posamezna receptorska celica izraža samo en specifičen vohalni gen, kar pomeni, da je število receptorskih celic enako številu receptorjev. Vsaka celica lahko zaznava več različnih molekul, a nekatere zazna boljše od drugih. Večina vonjav je sestavljena iz različnih molekul, ki aktivirajo različne receptorje. Ko se ti signali prenesejo v možgane, se iz njih ustvari neke vrste vzorec, kot mozaik, ki deluje kot šifra, pod katero si možgani zapomnijo vsak posamezen vonj. Na podlagi te šifre lahko kasneje identificirajo vsakega izmed približno 10.000 vonjev, ki si jih človek lahko zapomni.
Od vseh odkritij, ki sta jih Axel in Buck podala v svoji prvi študiji, je bilo najbolj presenetljivo to, da vsaka receptorska celica izraža samo en gen. To ju je spodbudilo, da sta želela raziskati tudi prvi stadij procesiranja vonjav, saj sta želela vedeti, kako je sistem zaznavanja organiziran. Odkrila sta, da vohalne celice pošiljajo signale v možganski center za vonjave (olfaktorni bulbus), kjer se nahaja približno 2.000 mikro-regij za procesiranje teh signalov, ki jih imenujemo glomerule. Kasneje sta nagrajenca ločeno dokazala, da celice, ki imajo enak tip receptorja, prenašajo signale v isti glomerul. Odkrila sta tudi, da glomerule opravljajo nalogo prenašanja in pretvarjanja signalov med prispelimi signali iz vohalnih celic na sprejemnike signalov za naslednjo raven mitralnih živčnih celic. Vsako izmed teh celic aktivira samo en glomerul, kar omogoča, da se signali različnih vonjav med seboj ne premešajo. Nevroni preko dolgih živčnih procesov te signale nato prenašajo v specifične regije v možganski skorji. Tukaj nato možgani povežejo različne centre v vzorce vonjav, ki si jih nato na podlagi tega zapomnijo, mi pa jih zavestno prepoznamo.
S tem odkritjem sta Axel in Buck dokončno razrešila delovanje vohalnega sistema in postavila ogrodje za nadaljnje raziskave. Svojo izvirno študijo leta 1991 sta izvedla na miših, a sta kasneje ugotovila, da sistem deluje na enak način tudi pri ljudeh, s to razliko da imamo ljudje samo okoli 350 različnih receptorjev. Kljub temu, to še vedno predstavlja skoraj 3 odstotke vseh naših genov, kar potrjuje pomembnost vohalnega sistema.
Svoji raziskovalni poti sta nato nadaljevala ločeno. Richard Axel je nadaljeval z raziskovanjem, na kakšen način nam možgani zavestno predstavijo informacije, ki jih pridobijo iz čutov. V svojem laboratoriju je poskušal ustvariti topografski zemljevid vohalnih centrov v možganih in odkriti njihove povezave in delovanje. Linda Buck se je osredotočila na raziskovanje, kako naše zaznavanje vonjav sproži čustvene odzive in tudi instinktivno obnašanje.
Čeprav smo šele dokaj pozno odkrili kako deluje naš vohalni sistem, je to pomenilo, da sta Axel in Buck lahko uporabila veliko bolj tehnološko napredne metode in zato sedaj človeški vohalni sistem poznamo bolj podrobno kot nekatere druge čute. To je bil prvi čut, ki so ga znanstveniki raziskali s pomočjo molekularne tehnologije. Pristope in metode, ki sta jih pri tem razvila znanost uporablja še danes. Na ta način človeštvo spoznava nekaj, kar je sicer del našega vsakdana, nekaj kar brez pomisleka uporabljamo ves čas, a še vedno ne razumemo v celoti.
Fotografije: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2004/axel/photo-gallery/?gallery_style=page#gallery-1
Zapisal: Brin Najžer
Foto: Pixabay
Članek je bil prvotno objavljen v Reviji za srce, september 2024.