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El premio Nobel en Fisiología o Medicina,
2004, ha reconocido las aportaciones fundamentales de Richard Axel y Linda B.
Buck a la comprensión de la fisiología del olfato. Hasta 1990, el sistema
olfativo era el gran desconocido entre los sistemas sensoriales. Sabíamos que
la visión se basaba en cuatro pigmentos, tres para el color más uno para la
visión escotópica (con poca luz), y comprendíamos las propiedades básicas de
las células mecanoreceptoras responsables de la audición. En el caso del gusto,
también había poca comprensión de los aspectos moleculares de su
funcionamiento, pero estaba bien establecida la existencia de unas modalidades
básicas (los clásicos salado, dulce, ácido y amargo, a los cuales se ha añadido
más recientemente el umami). En el caso del olfato, todos los enfoques
abordados para su comprensión, como los intentos de definir «olores básicos»,
habían resultado poco convincentes.
En 1991, Buck y Axel descubrieron los
receptores de olores, lo cual supuso una auténtica revolución en nuestra
comprensión del sistema olfativo. Trabajos anteriores habían podido establecer
que el olfato dependía de un tipo de receptores bien conocidos por los
investigadores, los llamados receptores de siete dominios transmembrana, que
funcionaban acoplados a proteínas G. Todos los receptores de esta clase
comparten algunos motivos característicos en la secuencia génica. Buck y Axel
buscaron genes que tuvieran estas secuencias características y que, además, se
expresaran en la mucosa olfativa y formaran una gran familia (partiendo de la
hipótesis de que un sistema capaz de reconocer muchos olores debía tener muchos
componentes). Ello les permitió identificar la familia de los receptores de
odorantes. El estudio posterior de estos receptores ha dado muchas sorpresas
que han permitido entender importantes aspectos de la fisiología del olfato.
La primera gran sorpresa ha sido el
descubrimiento de que la familia es mucho mayor de lo que se había previsto.
Hay muchos receptores de olores, que ocupan entre un 1 y un 3% del genoma de
los mamíferos. Las estimaciones más recientes indican que hay 913 genes
funcionales de receptores de olores en el ratón y 331 en humanos, además de
numerosos pseudogenes, genes que han perdido su función en el curso de la
evolución.
La segunda sorpresa es que cada una de las
neuronas olfativas expresa un solo de estos receptores, es decir, está
especializada en reconocer odorantes con afinidad por uno de estos receptores,
lo cual dependerá de unas determinadas particularidades químicas. Así pues,
cada neurona olfativa está especializada en activarse en presencia de moléculas
que presentan unas determinadas características químicas, y pertenece a un
subtipo entre los 331 (humanos) y los 913 (ratón) posibles. No obstante, una
molécula con una cierta complejidad puede tener afinidad por un tipo de receptor
olfativo, provocada por una región de la molécula, y por otros tipos de
receptores olfativos debido a otras de sus características estructurales. Así,
el conjunto de las neuronas olfativas mostrará un patrón de actividad que
codificará las características químicas (o epítopos) de las moléculas
odorantes.
La tercera sorpresa proporcionada por el
estudio de los receptores olfativos ha surgido del análisis de la organización
topográfica de la proyección de las neuronas olfativas en el bulbo olfativo. Se
sabía que múltiples neuronas olfativas enviaban sus axones a cada uno de los
llamados glomérulos, lugares donde las terminales de estos axones hacen
sinapsis con las neuronas secundarias del sistema, que son de dos tipos, las
células mitrales y las células con penacho. Pues bien, todas las neuronas
olfativas primarias que expresan el mismo receptor olfativo envían sus
terminales al mismo glomérulo. Así, la actividad sináptica en los glomérulos
olfativos y la actividad de las neuronas mitrales y con penacho es una
representación de los epítopos químicos de los odorantes, una codificación de
estructuras químicas en forma de actividad neuronal.
En conjunto, los conocimientos adquiridos
gracias a Buck y Axel nos muestran el olfato como un poderoso sistema de análisis
químico, capaz de responder a cualquier odorante que llegue a la mucosa
olfativa, hacer un análisis detallado de características químicas y codificarlo
en un sistema combinatorio. Los centenares de receptores diferentes confieren
al sistema una base cuyo funcionamiento combinatorio permite una capacidad
prácticamente ilimitada de codificación de odorantes diferentes.
Este artículo ha sido también publicado en un
monográfico que Percepnet (www.percepnet.com)
ha dedicado al premio Nobel del olfato, un especial que contiene otros
artículos y comentarios, de firmas autorizadas, sobre el descubrimiento de Buck
y Axel y el premio de Fisiología y Medicina 2004 que la Asamblea Nobel del
Instituto Karolinska de Estocolmo ha otorgado el día 4 de octubre a ambos
investigadores.
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[26.10.04]
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