Las primeras imágenes moleculares del olfato abren la puerta a la creación de nuevos olores

Científicos de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) han creado la primera imagen molecular en 3D de cómo una molécula de olor activa un receptor odorante humano, un paso crucial para descifrar el sentido del olfato.

Los hallazgos, que aparecen en la edición electrónica del 15 de marzo de 2023 de Nature, están a punto de reavivar el interés por la ciencia del olfato, con implicaciones para las fragancias, la ciencia de los alimentos y otros campos. Los receptores odoríferos -proteínas que se unen a las moléculas de olor en la superficie de las células olfativas- constituyen la mitad de la familia de receptores más grande y diversa de nuestro cuerpo; un conocimiento más profundo de ellos allana el camino hacia nuevos conocimientos sobre una serie de procesos biológicos.

«Este ha sido un gran objetivo en este campo durante algún tiempo», afirmó el Dr. Aashish Manglik, profesor asociado de química farmacéutica y autor principal del estudio. Según él, el sueño es cartografiar las interacciones de miles de moléculas aromáticas con cientos de receptores odorantes, de modo que un químico pueda diseñar una molécula y predecir a qué olerá.

«Pero no hemos podido hacer este mapa porque, sin una imagen, no sabemos cómo reaccionan las moléculas olorosas con sus correspondientes receptores de olores», afirma Manglik.

Una imagen pinta el aroma del queso

En el olfato intervienen unos 400 receptores únicos. Cada uno de los cientos de miles de olores que podemos detectar está formado por una mezcla de moléculas olorosas diferentes. Cada tipo de molécula puede ser detectado por un conjunto de receptores, creando un rompecabezas que el cerebro debe resolver cada vez que la nariz percibe algo nuevo.

«Es como pulsar las teclas de un piano para producir un acorde», explica el doctor Hiroaki Matsunami, catedrático de genética molecular y microbiología de la Universidad de Duke y estrecho colaborador de Manglik. El trabajo de Matsunami en las dos últimas décadas se ha centrado en descifrar el sentido del olfato. «Ver cómo un receptor odorante se une a un odorante explica cómo funciona esto a un nivel fundamental».

Para crear esa imagen, el laboratorio de Manglik utilizó un tipo de imagen llamado criomicroscopía electrónica (crioEM), que permite a los investigadores ver la estructura atómica y estudiar las formas moleculares de las proteínas. Pero antes de que el equipo de Manglik pudiera visualizar el receptor odorante uniéndose a una molécula de olor, necesitaban purificar una cantidad suficiente de la proteína receptora.

Los receptores odorantes son muy difíciles de fabricar en el laboratorio para estos fines, y algunos dicen que imposibles.

Los equipos de Manglik y Matsunami buscaron un receptor odorante que abundara tanto en el cuerpo como en la nariz, pensando que sería más fácil de fabricar artificialmente, y que además pudiera detectar olores solubles en agua. Se decidieron por un receptor llamado OR51E2, conocido por su respuesta al propionato, una molécula que contribuye al penetrante olor del queso suizo.

Pero incluso OR51E2 resultó difícil de fabricar en el laboratorio. Los experimentos típicos de crio-EM requieren un miligramo de proteína para producir imágenes a nivel atómico, pero el coautor Christian Billesbøelle, PhD, científico principal del laboratorio Manglik, desarrolló métodos para utilizar sólo una centésima parte de un miligramo de OR51E2, poniendo la instantánea del receptor y el odorante al alcance de la mano.

«Lo conseguimos superando varios impasses técnicos que han asfixiado el campo durante mucho tiempo», afirma Billesbøelle. «Hacerlo nos permitió captar la primera imagen de un odorante que conecta con un receptor odorante humano en el mismo momento en que se detecta un olor».

Esta instantánea molecular demostró que el propionato se adhiere fuertemente al OR51E2 gracias a un ajuste muy específico entre odorante y receptor. El hallazgo coincide con una de las funciones del sistema olfativo como centinela del peligro.

Aunque el propionato contribuye al rico aroma a nuez del queso suizo, por sí solo su olor es mucho menos apetitoso.

«Este receptor se concentra en detectar el propionato y puede haber evolucionado para ayudar a detectar si la comida se ha echado a perder», explica Manglik. En cambio, los receptores de olores agradables como el mentol o la alcaravea podrían interactuar de forma más flexible con los odorantes, especuló.

Con solo soplar

Además de emplear un gran número de receptores a la vez, otra cualidad interesante del sentido del olfato es nuestra capacidad para detectar pequeñas cantidades de olores que pueden ir y venir. Para investigar cómo el propionato activa este receptor, la colaboración recurrió al biólogo cuantitativo Nagarajan Vaidehi, PhD, de City of Hope, que utilizó métodos basados en la física para simular y filmar cómo el propionato activa el OR51E2.

«Realizamos simulaciones por ordenador para comprender cómo el propionato provoca un cambio de forma en el receptor a nivel atómico», explica Vaidehi. «Estos cambios de forma desempeñan un papel fundamental en el modo en que el receptor odorante inicia el proceso de señalización celular que conduce a nuestro sentido del olfato».

El equipo está desarrollando ahora técnicas más eficaces para estudiar otros pares de receptores odorantes y comprender la biología no olfativa asociada a los receptores, que se han relacionado con el cáncer de próstata y la liberación de serotonina en el intestino.

Manglik imagina un futuro en el que puedan diseñarse nuevos olores a partir de la comprensión de cómo la forma de una sustancia química conduce a una experiencia perceptiva, de forma parecida a cómo los químicos farmacéuticos diseñan hoy fármacos a partir de las formas atómicas de las proteínas causantes de enfermedades.

«Llevábamos años soñando con resolver este problema», afirma. «Ahora tenemos nuestro primer punto de apoyo, el primer atisbo de cómo las moléculas del olfato se unen a nuestros receptores odorantes. Para nosotros, esto es sólo el principio».

Abril 17/2023 (Science Daily) – Tomado de Science News. Copyright 1995-2022 ScienceDaily. Traducción realizada con la versión gratuita del traductor www.DeepL.com/Translator. 

Por un momento, imaginen cómo serían nuestras interacciones sociales si fuéramos como los perros. Ocasionales, gruñidos y ladridos aparte, cada vez que nos crucemos con un congénere debemos someterlo a un profundo y sistemático análisis olfativo a la altura del trasero. Y es que el mejor amigo del hombre es capaz de distinguir desde la distancia cuando otro que se acerca es un amigo o un rival, pero es en las distancias cortas cuando, a través de su privilegiado olfato, decide si lanzarse a jugar, mostrar indiferencia o erizarse y enseñar los dientes. Una señal que podríamos traducir como “contigo no, bicho”.

Nosotros seguimos convencidos de nuestra superioridad como especie, pero el papel dominante del sentido del olfato en las interacciones sociales no solo es cosa de los perros, sino que se ha documentado ampliamente en todos los mamíferos terrestres… salvo los humanos. ¿Por qué íbamos a ser diferentes?

Esa es la pregunta que se plantearon los investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias (Rehovot, Israel) responsables de un estudio cuya premisa es, cuanto menos, polémica: las personas tenemos tendencia a entablar amistad con individuos que tienen un olor corporal similar al nuestro.

Todo empezó cuando la estudiante de posgrado Inbal Ravreby, del laboratorio del profesor Noam Sobel en el Departamento de Ciencias Cerebrales de Weizmann, planteó la hipótesis: ¿y si nos hacemos amigos de quienes huelen como nosotros?

Y no, no se refería a usar la misma colonia o gel de ducha, sino al olor corporal, ese que inunda las fosas nasales cuando vamos en el Metro en hora punta o estamos en mitad de la muchedumbre.

Para plantear semejante premisa se basó en las evidencias que sugieren que los seres humanos olfateamos constantemente, aunque la mayor parte del tiempo lo hagamos de forma inconsciente. Además, otros estudios señalan que solemos hacer amistad con otras personas con apariencia, orígenes o valores similares a los nuestros, algo que se extiende incluso hasta la actividad cerebral. El olor sería una más de estas características que buscamos en los otros y que, llevado al extremo, son una forma más de narcisismo enfermizo.

Establecida la hipótesis, llegó la hora de ponerla a prueba, y ahí Ravreby sacó la artillería pesada: reclutó parejas de amigos del mismo sexo, cuya amistad se había formado originalmente de forma muy rápida, y a otros pares de individuos escogidos al azar. Después, recogió muestras de olor corporal de todos los sujetos y llevó a cabo dos conjuntos de experimentos para compararlas.

En el primero, realizó la comparativa utilizando un dispositivo conocido como eNose o nariz electrónica, que sirvió para evaluar las firmas químicas de los olores y tiene una precisión que ríete tú del protagonista de El perfume.

En el segundo experimento entraron en juego las narices de varios y muy valientes voluntarios, que se dedicaron a oler los dos grupos de muestras de olor corporal para evaluar similitudes y diferencias. Ambos experimentos llegaron a una conclusión similar: las parejas de amigos olían significativamente más parecidos entre sí que los individuos de las parejas aleatorias.

Hasta ahí todo indicaba que la hipótesis había dado en el clavo, pero quedaba pendiente descartar la posibilidad de que la similitud del olor corporal fuera una consecuencia de la amistad, en lugar de una causa. Por ejemplo, ¿y si los amigos tenían un olor similar porque les gustaba el mismo tipo de comida o compartían otras costumbres vitales, como no utilizar desodorante, que influyen en el olor corporal?

Como buena científica, para abordar esta cuestión, Ravreby llevó a cabo otra serie de experimentos. En ellos, utilizó la nariz electrónica para «oler» a voluntarios completamente desconocidos entre sí y luego les pidió que participaran en interacciones sociales no verbales por parejas. Después de cada una de ellas, los participantes calificaron al otro individuo como quien pone nota en TripAdvisor: un 1 si no les caía bien y un 10 si lo consideraban su alma gemela a pesar de no haber cruzado una palabra. También les pidió que evaluaran del 1 al 10 la probabilidad de que se hicieran amigos.

Una vez obtenidos los datos, la conclusión fue clara: los individuos que tenían más interacciones positivas tenían olores corporales semejantes, según lo dictaminado por la eNose. Ravreby también pidió ayuda al estadístico Kobi Snitz, para estudiar a fondo los resultados de los experimentos. Gracias a eso, pudieron predecir con un 71 % de precisión qué dos individuos tendrían una interacción social positiva, basándose únicamente en los datos obtenidos por la nariz electrónica.

Por tanto, queda claro que el olor corporal contiene información que puede contribuir decisivamente a nuestras interacciones sociales con desconocidos.

Así que ya saben, a partir de ahora, en vez de dar la mano o dos besos, habrá que alzar la napia y olisquear en busca de semejanzas con nuestra propia fragancia. En caso positivo, podremos decir, como Claude Rains a Humphrey Bogart en el mítico final de Casablanca: “este puede ser el principio de una bonita amistad”.

septiembre 18/2022 (Diario Médico)

Con el olfato podemos detectar las partículas disueltas en el aire y con ello procesar los olores. Las partículas aromáticas u odoríferas son captadas, los reptiles lo hacen por medio de la lengua, con sus dos puntas y cada una de ellas deposita la partícula con el aroma en el órgano de Jacobson donde se encuentran los receptores, por eso las serpientes sacan la lengua varias veces, están oliendo a su posible presa para saber dónde está. En el caso de las aves y los mamíferos captan los olores con dos conjuntos de receptores a cada lado del rostro, lo que les permite darle una dirección al origen del aroma debido a la intensidad. El viaje de los aromas a través de los conjuntos receptores en mamíferos, comienzan por la nariz hasta el epitelio olfativo, donde se encuentran los nervios olfatorios que a través de las dendritas de las neuronas receptoras olfativas llevan la información al bulbo olfatorio del cerebro.

El olfato tiene una capacidad dual en los mamíferos, esto se debe a que es un órgano que puede detectar olores a grandes distancias o de manera muy particular en la cercanía. De hecho, gran parte de lo que identificamos como sabores se derivan de los olores, pero esto se tratará más adelante. Los olores son un mensajero de muy amplio espectro, tiene la capacidad de dar información de peligros ambientales, localización de alimento, detección de presas o depredadores y de suma importancia en los mamíferos asociados a los aspectos de reproducción, en aspectos de disponibilidad fisiológica o de marcaje de territorio por individuos dominantes, conocido como demarcado odoríficamente.

El sentido del olfato se encuentra en la denominada nariz, la que varía entre especies, principalmente en la cantidad de receptores olfativos. El incremento de los receptores está en función del tamaño de las narinas (orificios de la nariz), pero sobre todo de las láminas del hueso etmoides y los turbinales, que entre más enrollados tiende a tener una mayor superficie y con ello mayor cantidad de células receptoras. Los tejidos de las mucosas siempre deben de estar húmedos, es por ello que los aromas que contienen las partículas son solubles en agua para que cuando entren en contacto con la mucosidad se disuelvan y puedan ser detectadas por los receptores.

Entre las diferentes especies de mamíferos, el olfato se diferencia debido a la presencia de aproximadamente 1 000 proteínas que funcionan como receptoras de los aromas. Cada proteína tiene una serie de genes relacionados que permiten su expresión, pero no todas las especies tienen los mismos genes, por lo que cada especie puede detectar olores diferentes, incluso entre individuos de una misma especie, existe una diferencia notable en la capacidad olfativa. Como resultado de la combinación de receptores y la producción de hormonas o exudados (secreciones líquidas) podría decirse que las especies tienen conversaciones odoríferas privadas, por lo que nunca estaremos enterados de los mensajes enviados. En otras palabras, de todos los lenguajes que pueden tener las especies, visuales, auditivos, táctiles y olfativos, los olfativos pueden ser los más privados y dispersados a grandes distancias.

Los mensajes olfativos perduran en el tiempo, de manera que el mensaje dejado hoy puede ser recibido e interpretado por otro individuo días o incluso semanas después. Hay que tomar en cuenta que muchos de los olores provienen de la combinación de varias esencias, lo que implica que la composición de la mezcla es elaborada especialmente para un individuo (es como tener un perfume único e irrepetible para cada quien), adicionalmente, cada individuo tiene un número diferente de la misma cantidad de terminales nerviosas y proteínas receptoras, lo que le permite tener una sensibilidad diferencial al olor e incluso interpretarán de manera diferente, por ejemplo, si para un individuo el olor es frutal-floral-dulce-cítrico para otro podría ser solamente cítrico-frutal-cítrico.

Cuando los organismos interpretan los olores, pueden tener diferentes significados, y dependiendo de la situación, pueden asociarse a sensaciones como de alerta, miedo, placer, seguridad, las cuales quedan archivadas en el cerebro. Así, si un organismo huele algo similar, en un lugar y tiempo diferentes, recordará la sensación y actuará de acuerdo a ese recuerdo.

Los olores incluso se han usado en pacientes humanos con fallas en la memoria, como terapias de ayuda, pues los olores pueden hacer recordar lugares, situaciones, sensaciones e incluso a otras personas. Actualmente, la humanidad atraviesa una pandemia por COVID-19, que entre sus síntomas se encuentra la pérdida del olfato y del gusto.

Gracias a que el cerebro humano tiene guardados muchos aromas, el sentido puede recobrarse por medio de ejercicios de asociación de olores y situaciones. El aire cuenta historias que con base en las experiencias previas podemos interpretar.

abril 06/2022 (Dicyt)

Autores
El doctor en Ciencias Sergio Ticul Álvarez Castañeda es investigador titular E, adscrito al Programa de Planeación Ambiental y Conservación en el Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR). La doctora Alina Gabriela Monroy-Gamboa es posdoctorante en el mismo Programa del CIBNOR.

El artículo publicado en Annals of Internal Medicine,  señala además un fuerte vínculo con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas.

A través del olfato percibimos y filtramos las distintas sustancias volátiles del medio, y nos habilita el estímulo del apetito, la memoria, el placer, el entendimiento de lo externo. Sin embargo, la relación entre el olfato y la salud de nuestro propio organismo, a menudo pasa por alto.

Recientemente, un creciente cuerpo de investigaciones sugieren que un mal sentido del olfato pueden estar asociadas a enfermedades neurodegenerativas, más particularmente, presagiar la aparición de Parkinson, e incluso la mortalidad prematura.

Para investigar más a fondo, Honglei Chen, de la Universidad Estatal de Michigan, y sus colegas analizaron datos de más de 2 000 personas de entre los 71 a 82 años de edad. Cada persona fue evaluada en su capacidad para identificar correctamente de 12 olores comunes y distintivos, como el limón, combustible,canela, humo, entre otros.

Luego, el equipo realizó el seguimiento de las vidas de los participantes durante los 13 años posteriores, en los cuales 1.211 participantes fallecieron. En comparación con los que obtuvieron una puntuación alta en la prueba de olor, aquellos que identificaron correctamente no más de 8 olores, tenían un riesgo acumulado de muerte 46% mayor para los próximos 10 años; y un 30% más de probabilidades de morir al final de los 13 años.

Algo huele mal…
Al analizar los datos, los autores descubrieron que un pobre sentido del olfato no estaba relacionado con muertes por cáncer o enfermedades respiratorias, sino que estaba fuertemente asociado con muertes por enfermedad de Parkinson y demencia. Por su parte, las muertes por enfermedad cardiovascular acusaron un vínculo modesto.

Inicialmente, se pensaba que un empeoramiento del sentido del olfato podría disminuir el interés de una persona por los alimentos, lo que desencadenaría la caída de peso y calidad de salud del individuo. Pero los especialistas descubrieron que la pérdida de peso (6%) y las enfermedades neurodegenerativas (22%) juntas solo explican alrededor del 30% de la mortalidad más alta asociada con un mal sentido del olfato.

Desafortunadamente, las personas no somos conscientes de que nuestro sentido del olfato se degrada. «En el futuro, cuando estas posibles implicaciones para la salud se develen, puede que no sea una mala idea incluir una prueba del sentido del olfato en los exámenes de rutina«, aconseja Chen.

Tiempo atrás, otro estudio sobre 3 000 adultos mayores de 57 años, indicó que aquellos que no podían identificar al menos 4 de 5 cinco olores, tenían más del doble de probabilidades de desarrollar demencia en los siguientes 5 años.

mayo 12/ 2019 (N+1)

La evidencia de que el sentido del olfato se deteriora de forma temprana en los pacientes de alzhéimer cobra cada vez más fuerza. Un grupo de científicos de la Universidad de Pensilvania ha constatado la importancia de emplear un sencillo test que mide el olfato para acelerar el diagnóstico de esta enfermedad neurodegenerativa.

David R. Roalf, profesor de psiquiatría y uno de los autores, empleó un test olfativo comercializado, para distinguir 16 olores y una prueba convencional que mide la función cognitiva en 728 personas mayores. El cuestionario clasificó correctamente el 75 por ciento de sujetos con deterioro cognitivo moderado, porcentaje que llegó al 87 por ciento cuando se combinó con la prueba del olfato.

Los resultados, publicados en Journal of Alzheimer Disease, invitan a su empleo para diagnosticar antes el deterioro cognitivo y el alzhéimer.
enero 18/2017 (diariomedico.com)