Todos los sentidos deben tener en cuenta la riqueza del mundo, pero nada se compara con el desafío que enfrenta el sistema olfativo que subyace a nuestro sentido del olfato. Solo necesitamos tres receptores en nuestros ojos para percibir todos los colores del arco iris, eso se debe a quediferentes tonos emergen como ondas de luz que varían en una sola dimensión, su frecuencia. El vibrante mundo colorido, sin embargo, palidece en comparación con la complejidad del mundo químico, con sus muchos millones de olores, cada uno compuesto por cientos de moléculas, todasvarían mucho en forma, tamaño y propiedades. El olor del café, por ejemplo, surge de una combinación de más de 200 componentes químicos, cada uno de los cuales es estructuralmente diverso, y ninguno de los cuales huele realmente a café por sí solo.
"El sistema olfativo tiene que reconocer una gran cantidad de moléculas con solo unos pocos cientos de receptores de olor o incluso menos", dice la neurocientífica de Rockefeller Vanessa Ruta. "Está claro que tuvo que desarrollar un tipo de lógica diferente a la de otros sistemas sensoriales."
En un nuevo estudio, Ruta y sus colegas ofrecen respuestas a la pregunta de hace décadas sobre el reconocimiento de olores al proporcionar las primeras vistas moleculares de un receptor olfativo en acción.
Los hallazgos, publicados en Naturaleza , revelan que los receptores olfativos de hecho siguen una lógica que rara vez se ve en otros receptores del sistema nervioso. Si bien la mayoría de los receptores están configurados con precisión para emparejarse con solo unas pocas moléculas seleccionadas en forma de cerradura y llave, la mayoría de los receptores olfativos se unen auna gran cantidad de moléculas diferentes. Su promiscuidad al combinarse con una variedad de olores permite que cada receptor responda a muchos componentes químicos. A partir de ahí, el cerebro puede descubrir el olor considerando el patrón de activación de combinaciones de receptores.
reconocimiento holístico
Los receptores olfativos se descubrieron hace 30 años. Pero los científicos no han podido verlos de cerca y descifrar su funcionamiento estructural y mecanicista, en parte porque estos receptores no se prestaban a los métodos de imágenes moleculares comúnmente disponibles., parece que no hay rima o razón para las preferencias de los receptores: un receptor de olor individual puede responder a compuestos que son estructural y químicamente diferentes.
"Para formar una comprensión básica del reconocimiento de olores, necesitamos saber cómo un solo receptor puede reconocer múltiples sustancias químicas diferentes, lo cual es una característica clave de cómo funciona el sistema olfativo y ha sido un misterio", dice Josefina del Mármol, una postdoctoralen el laboratorio de Ruta.
Entonces Ruta y del Mármol, junto con Mackenzie Yedlin, asistente de investigación en el laboratorio, se propusieron resolver la estructura de un receptor de olores aprovechando los avances recientes en microscopía crioelectrónica. Esta técnica, que consiste en transmitir electrones a una muestra congelada, puede revelar construcciones moleculares extremadamente pequeñas en 3D, hasta sus átomos individuales.
El equipo recurrió a la cola de cerdas saltarina, un insecto que habita en el suelo cuyo genoma se ha secuenciado recientemente y tiene solo cinco tipos de receptores olfativos. Aunque el sistema olfativo de la cola de cerdas saltarina es simple, sus receptores pertenecen a una gran familia de receptores con decenas dede millones de variantes que se cree que existen en los cientos de miles de especies de insectos diferentes. A pesar de su diversidad, estos receptores funcionan de la misma manera: forman un canal iónico, un poro a través del cual fluyen las partículas cargadas, que se abre solo cuando el receptorencuentra su olor objetivo, que finalmente activa las células sensoriales que inician el sentido del olfato.
Los investigadores eligieron OR5, un receptor de la cola de cerda saltarina con una amplia capacidad de reconocimiento, que responde al 60 por ciento de las moléculas pequeñas que probaron.
Luego examinaron la estructura de OR5 sola y también unida a una sustancia química, ya sea eugenol, una molécula de olor común, o DEET, el repelente de insectos. "Aprendimos mucho al comparar estas tres estructuras", dice Ruta. "Una de las hermosasLo que puede ver es que en la estructura libre el poro está cerrado, pero en la estructura donde está unido con eugenol o DEET, el poro se ha dilatado y proporciona una vía para que fluyan los iones ".
Con las estructuras en la mano, el equipo miró más de cerca para ver exactamente dónde y cómo las dos moléculas químicamente diferentes se unen al receptor. Ha habido dos ideas sobre las interacciones de los receptores de olores con las moléculas. Una es que los receptores han evolucionado para distinguirgrandes franjas de moléculas al responder a una característica parcial pero definitoria de una molécula, como una parte de su forma.Otros investigadores han propuesto que cada receptor contiene múltiples bolsillos en su superficie a la vez, lo que le permite acomodar varias moléculas diferentes.
Pero lo que Ruta encontró no encajaba con ninguno de esos escenarios. Resultó que tanto el DEET como el eugenol se unen en el mismo lugar y caben por completo dentro de un bolsillo simple dentro del receptor. Y, sorprendentemente, los aminoácidos que recubren el bolsillo no se formaron fuertes, enlaces químicos selectivos con los odorantes, pero solo enlaces débiles. Mientras que en la mayoría de los otros sistemas, los receptores y sus moléculas objetivo son buenas coincidencias químicas, aquí parecían más como conocidos amistosos ". Este tipo de interacciones químicas inespecíficas permiten reconocer diferentes odorantes", Dice Ruta." De esta manera, el receptor no es selectivo para una característica química específica. Más bien, está reconociendo la naturaleza química más general del odorante ", dice Ruta.
Y como reveló el modelado computacional, el mismo bolsillo podría acomodar muchas otras moléculas de olor de la misma manera.
Pero la promiscuidad del receptor no significa que no tenga especificidad, dice Ruta. Aunque cada receptor responde a una gran cantidad de moléculas, es insensible a otras. Además, una simple mutación en los aminoácidos del sitio de unión en generalreconfigurar el receptor, cambiando las moléculas con las que prefiere unirse. Este último hallazgo también ayuda a explicar cómo los insectos han podido desarrollar muchos millones de variedades de receptores de olores adecuadas para la amplia gama de estilos de vida y hábitats que encuentran.
Es probable que los hallazgos sean representativos de muchos receptores olfativos, dice Ruta. "Señalan principios clave en el reconocimiento de olores, no solo en los receptores de los insectos, sino también en los receptores dentro de nuestras propias narices que también deben detectar y discriminar el rico mundo químico."
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