O cheiro molda a maneira como vivenciamos o mundo todos os dias. Ajuda-nos a detectar o perigo, dá profundidade ao sabor e liga fortemente a memória e a emoção. Apesar da sua importância, os cientistas têm lutado para compreender completamente como este sentimento funciona a nível biológico.
“O olfato é extremamente misterioso”, disse Sandeep (Robert) Datta, professor de neurobiologia do Instituto Blavatnik da Harvard Medical School. Em comparação com a visão, a audição e o tato, a biologia básica do olfato permanece menos compreendida.
Cientistas criaram o primeiro mapa detalhado dos receptores de cheiro
Num novo estudo em ratos, Dutta e seus colegas criaram o primeiro mapa detalhado mostrando como mais de mil tipos de receptores de cheiro estão dispostos dentro do nariz.
O que eles encontraram desafia suposições de longa data. Em vez de serem distribuídos aleatoriamente, os neurônios que transportam esses receptores são altamente organizados. Eles formam faixas ou tiras horizontais que vão da parte superior do nariz até a parte inferior, agrupadas por tipo de receptor.
“Nossos resultados trazem ordem a um sistema que antes se pensava não ter ordem, o que muda conceitualmente a forma como pensamos que funciona”, disse Dutta, autor sênior do estudo.
Os pesquisadores também mostraram que este mapa no nariz corresponde aos mapas correspondentes no bulbo olfatório do cérebro. Esta conexão fornece uma nova visão sobre como as informações sobre o odor viajam do nariz para os circuitos neurais.
Os resultados foram publicados em 28 de abril em Celular.
Uma longa busca por um mapa olfativo
Os cientistas há muito entendem como os receptores sensoriais estão dispostos nos olhos, ouvidos e pele, e como esses padrões se conectam ao cérebro. O cheiro era uma exceção.
“O olfato foi a única exceção; é uma sensação que está faltando no mapa há muito tempo”, disse Dutta.
Um dos motivos é a complexidade. Os ratos têm cerca de 20 milhões de neurônios olfativos, cada um dos quais expressa um dos mais de mil tipos de receptores. Em contraste, a visão humana das cores depende de apenas três tipos principais de receptores. Cada receptor de odor detecta um conjunto específico de moléculas de odor, tornando o sistema muito mais confuso.
Os investigadores começaram a identificar receptores de odores em 1991. Nas décadas seguintes, procuraram padrões na disposição destes receptores. Estudos anteriores mostraram que os receptores aparecem apenas em algumas áreas amplas, levando à ideia de que a sua colocação foi em grande parte aleatória.
À medida que novas ferramentas genéticas se tornaram disponíveis, a equipe de Dutt revisitou a questão com métodos mais poderosos.
Circuitos ocultos revelados em milhões de neurônios
A equipe analisou cerca de 5,5 milhões de neurônios em mais de 300 ratos. Eles combinaram o sequenciamento unicelular, que determina quais receptores cada neurônio expressa, com a transcriptômica espacial, que determina onde esses neurônios estão localizados.
“Este é talvez o tecido neural mais sequenciado da história, mas precisávamos desta escala de dados para compreender o sistema”, disse Dutta.
Seus resultados revelaram um padrão claro e consistente. Os neurônios formam bandas horizontais densamente organizadas e sobrepostas com base no receptor que carregam. Este arranjo era quase idêntico para todos os animais estudados e correspondia exatamente à forma como a informação do odor é representada no cérebro.
Como o mapa olfativo é formado
Os pesquisadores também investigaram como essa estrutura precisa se desenvolve. Eles identificaram o ácido retinóico, uma molécula que regula a atividade genética, como um fator chave.
Um gradiente de ácido retinóico no nariz parece guiar os neurônios, ajudando cada um a ativar o receptor odorífero correto, dependendo de sua posição. Quando os pesquisadores alteraram o nível dessa molécula, todo o mapa do receptor mudou para cima ou para baixo.
“Mostramos que a engenharia pode alcançar a façanha de organizar milhares de receptores de odores diferentes em um mapa incrivelmente preciso que corresponda a todos os animais”, disse Dutta.
Um estudo separado liderado pelo laboratório de Catherine Dulac, professora da Universidade Xander no Departamento de Biologia Molecular e Celular da Universidade de Harvard, publicado na mesma edição da Cell, teve resultados consistentes.
O que isso significa para o tratamento da perda olfativa
Além de promover o avanço da ciência básica, esta descoberta pode ter implicações práticas. Atualmente, a perda do olfato tem poucos tratamentos eficazes, embora a segurança, a nutrição e a saúde mental possam ser afetadas.
“Não podemos corrigir o odor sem compreender como funciona a um nível básico”, disse Dutta.
A equipe está agora trabalhando para entender por que as faixas receptoras aparecem em uma determinada ordem e se a mesma organização existe nos humanos. Este conhecimento poderá orientar novas abordagens, incluindo a terapia com células estaminais ou interfaces cérebro-computador, destinadas a restaurar o sentido do olfato.
“O olfato tem um efeito realmente profundo e abrangente na saúde humana, por isso precisa ser restaurado não apenas para o prazer e a segurança, mas também para o bem-estar psicológico”, disse Dutta. “Sem compreender este mapa, estamos fadados ao fracasso no desenvolvimento de novos tratamentos”.
Atribuição, financiamento, divulgação
Autores adicionais do artigo: David Brann, Tatsuya Tsukahara, Cyrus Tau, Dennis Kalur, Rylin Lubash, Lakshana Kannan, Nell Klimpert, Mihaly Kola, Martin Escamillo-Del Arenal, Bogdan Bintu, Andreas Schaefer, Alexander Fleischmann e Thomas Botza.
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas R01DC021669, R01DC021422, R01DC021965 e F31DC019017), pelo grupo de Yang Tan em Harvard e por uma bolsa de pós-graduação da National Science Foundation.
