Svelare il codice degli odori per trovare il profumo del benessere

«Se dovessimo ridurre un uomo a una sola cosa, sarebbero sicuramente questi recettori olfattivi»

[14 maggio 2018]

Non sappiamo ancora bene come percepiamo gli odori, ma un team di ricerca del Cnrs  dell’Université Nice Sophia-Antipolis ha messo a punto un nudi un recettore olfattivo da parte di una molecola di un odore. «Un passo in più  verso il naso biomimetico» dicono i ricercatori francesi, che spiegano: »Sono i tasti del pianoforte che compongono la melodia dehli odori. I recetto ri olfattivi sono la chiave di volta dell’olfatto. Parte tutto da una molecola volatile ed idrofobica che viaggia fino alla cavità nasale per raggiungere i recettori presenti sulla membrana delle ciglia  sopra i  neuroni olfattivi, bagnata dal muco nasale. Una volta collegata al suo recettore, la molecola attiva un interruttore e un chiavistello molecolare che avvia la creazione dell’immagine mentale di un odore nel cervello».

Ognuno di noi possiede circa 400 tipi di recettori olfattivi, alcuni dei quali specifici per una molecola di u  odore, altre compatibili con più odori. Se negli anni ’30 si era stabilito che un essere umano potesse percepire circa 10.000 odori, uno studio pubblicato su Science nel 2014 suggerisce che gli odori che potremmo distinguere sono addirittura 1,000 miliardi.

Jérôme Golebiowski, che insegna all’Institut de chimie di Nizza, evidenzia che «Se dovessimo ridurre un uomo a una sola cosa, sarebbe sicuramente i suoi recettori olfattivi. Queste proteine hanno in effetti un posto preponderante nel genoma umano: il 3% dei geni codificanti esprime dei recettori olfattivi». La scoperta della famiglia di geni che codifica queste proteine è anche valsa un Premio Nobel per la medicina a Linda Buck e Richard Axel nel 2004. Ma il modo in cui vengono attivate, le loro dinamiche e interazioni con le molecole odorose sono ancora un mistero. Il team di Golebiowski punta proprio a chiarire questo meccanismo e sembra essere molto vicino a riuscirci.

Al Cnrs spiegano che «Il problema più grosso è che la struttura di questi recettori è sconosciuta« e i ricercatori dell’Institut de chimie di Nizza hanno messo a punto un protocollo innovativo «che  permetta di modellizzare la struttura e la dinamica di un recettore olfattivo a contatto della molecola». Golebiowski  aggiunge: «Siamo riusciti a mettere a punto un modello sufficientemente performante per simulare il comportamento di un recettore olfattivo durante l’arrivo della molecola e per catturare i cambiamenti della struttura di a questo recettore», riuscendo così a prevedere se il recettore si attiv erà o meno in presenza di una data molecola.

Per riuscirci, il team del Cnrs ha sviluppato un approccio sinergico che va dalla modellizzazione informatica ai test in vitro ec evidenzia che «Il recettore olfattivo è stato ricreato da zero, atomo per atomo. La dinamica del ricettore è stata simulata a livello di millisecondo grazie ai nostri supercomputer di Nizza» e poi questo modello è stato elaborato in base ai dati sulla mutagenesi e dei test funzionali  in vitro. Grazie a precise mutazioni su diversi recettori olfattivi, il team è stato in grado di «definire i diversi ruoli dei siti su queste proteine: struttura, contatto con il ligando, interazioni specifiche, ecc». Un duplice approccio che si è rivelato estremamente efficace.

Perché dei 400 ripetitori olfattivi umani, i ricercatori hanno scelto di colpire proprio il recettore 7D4? Golebiowski risponde: «Perché è specifico per una singola molecola di odore: l’androstenone, che è il feromone sessuale del maiale. la risposta di questo recettore è soggetta a un polimorfismo genetico, che fa in modo che alcuni di noi sentano l’androstenone e altri no, a seconda del loro genoma. Mentre in alcuni il suo odore evoca l’urina, altri non se ne accorgono nemmeno o ci trovano una piacevole nota di miele. Il  25-30% della popolazione è anosmico per l’androstenone. Sapevamo che c’era una diversa percezione dell’drostenone con questo polimorfismo genetico, ma i dettagli atomici erano sconosciuti. Ora sappiamo come questo polimorfismo si proiettata sulla dinamica di due aminoacidi, che controllano l’attivazione del recettore».

Proprio come il feromone del maiale, a cuasa di variazioni genetiche. alcuni odori non vengono percepiti da una parte degli esseri umani, come nel caso dell’odore di zolfo rilasciato dall’urina dopo aver mangiato gli asparagi o la nota di violetta del beta-ionone che emanano il vino rosso o i pomodori.

La ricerca del team francese sui meccanismi del recettore olfattivo di androstenone rivela delle implicazioni antropologiche: mentre in Gran Bretagna o in Irlanda i maialini vengono castrati raramente dagli allevatori, la castrazione è la norma in Francia o in Italia e dipende da una maggiore percezione dell’ androstenone nella carne secondo la predisposizione genetica dei consumatori di carne di maiale «Senza saperlo – spiega ancora Golebiowski – abbiamo adattato il nostro consumo alla nostra genetica e al nostro senso dell’olfatto».

Dato che i recettori olfattivi non vengono espressi solo dal naso ma anche, per esempio, nello sperma per guidare gli spermatozoi verso l’ovulo, le conseguenze di questo nuovo protocollo e della comprensione dei recettori olfattivi non si fermano all’allevamento dei maiali.  Golebiowski conferma: «I recettori olfattivi sono espressi anche nel cervello, con un tasso di espressione variabile durante l’insorgenza della malattia di Alzheimer, nel polmone, cuore, rene … L’espressione ectopica dei recettori olfattivi è ovunque e  stanno diventando un importante bersaglio terapeutico».

Dopo 8 anni di duro lavoro il tea francese è ora sulla buona stra da per realizzare un naso artificiale biomimetico: «E’ il nostro Graal –  dice scherzando Golebiowski.  E la genesi di questo naso computazionale non è mai stata così vicina. Perché, con questo nuovo metodo di studio, la speranza è di essere in grado di simulare le dinamiche di tutti i ricevitori in base agli odori. In definitiva, la macchina può prevedere l’odore di una molecola, semplicemente sulla base della sua struttura. E finalmente sveleremo il codice incredibilmente complesso degli odori!»

Restano ancora da superare due ostacoli:  «In primo luogo, sarà necessario prendere in considerazione i fenomeni periferici dell’odore, perché non si sentirà solo l’ odore  , ma anche i suoi metaboliti, derivanti da trasformazioni enzimatiche. Forse quello che si crede sia l’odore del geraniolo è in realtà l’odore dei metaboliti del geraniolo. Seconda difficoltà da superare: capire il ruolo predominante di alcuni ricevitori rispetto ad altri, perché non sembrano avere un’influenza uguale».

Ma alla fine, per poter cogliere l’intera sfera olfattiva  manca un parametro che interessa in modo particolare il team di Nice: l’emozione.  Golebiowski, che per valutare la carica emotiva e stato di rilassamento delle persone ha studiato la reazione di fronte a un odore, la loro frequenza cardiaca e la respirazione,  conclude: «Le prime informazioni ricevute quando si sente odore è la sua valenza, il fatto di amarlo o no. Le  valenze vengono spesso conservate in una popolazione. L’odore dell’erba tagliata, ad esempio, è sempre piacevole . Questi studi dovrebbero permettere di sviluppare un database di cariche emotive degli odori e metterlo in relazione con lo studio di simulazione del recettore olfattivo, grazie all’intelligenza artificiale. Se possiamo prevedere un odore, potremo un giorno predire il suo carico emotivo  e potremmo trovare i recettori olfattivi del benessere!»