FYI.

This story is over 5 years old.

De wetenschap ontrafelt langzaamaan de grootste mysteries rondom ruiken

We spraken met een reukwetenschapper die een logisch verband heeft gevonden tussen de bijna vijfhonderd verschillende receptoren in de neus.
23.5.16

Een tijdje geleden kon ik na een verkoudheid opeens helemaal niets meer ruiken. Met het verlies van mijn reukvermogen ging ook een stukje levensvreugde verloren, voornamelijk omdat eten helemaal niet leuk meer was. De reukzin lijkt dan ook een ondergewaardeerd zintuig te zijn waar maar weinig mensen echt bij stilstaan. En dat niet alleen: het is ook het zintuig waar de wetenschap het minst van begrijpt.

Advertentie

Om onze neus te begrijpen, is het allereerst belangrijk om te beseffen dat geur niet één ding is. Het is niet een soort homogene, onzichtbare, ontastbare damp die opstijgt van dingen: elke geur bestaat uit een verzameling van verschillende moleculen. Een geur is eigenlijk een collectie van heel kleine stukjes van het ding waar de geur vanaf komt. Als je chocolade ruikt, adem je als het ware chocolade in. Dit geldt dus voor dingen als kots, urine, zweet, poep et cetera. (Als je dit nog niet wist en nu misselijk bent: graag gedaan).

Deze geurmoleculen worden door onze neus opgepikt en omgezet in een geurervaring. Het basisprincipe hierachter is redelijk simpel. De moleculen worden ingeademd en komen in aanraking met het reukslijmvlies: een plekje achterin de neus dat bestaat uit een laag cellen (neuronen) met bepaalde eiwitten in het membraan. Deze eiwitten vormen receptoren die geuren kunnen opvangen en doorgeven aan een schakel van neuronen die ze weer doorgeven aan de hersenen. Er zijn zo'n 450 verschillende typen receptoren en elke receptor op zich is gevoelig voor een aantal specifieke geurmoleculen. De signalen die door de verschillende individuele receptoren verstuurd worden, vormen samen de perceptie van een bepaalde geur. Op deze manier kunnen we ongeveer een biljoen verschillende geuren onderscheiden.

Klinkt allemaal redelijk logisch, nietwaar? Maar toch is hoe we ruiken blijkbaar nog een groot wetenschappelijk mysterie. Want hoewel het in grote lijnen bekend is hoe het proces in zijn werk gaat, zijn de details nog erg vaag. Wat er gebeurt weten we, maar hoe het gebeurt is complex en lastig te achterhalen. De grootste openstaande vragen zijn: hoe weet een neuron welke geur de receptoren opvangen? En hoe wordt dit door het brein verwerkt?

Advertentie

"Deze vraagstukken bestaan al heel lang," vertelde Jianhua Xing, een natuurkundig bioloog van de University of Pittsburgh, via Skype. "Er zijn zo'n zes miljoen verschillende cellen met receptoren, en elke cel bevat meerdere receptoren van hetzelfde type. Een receptor van een bepaald type kan verschillende geurmoleculen opvangen, zoals bijvoorbeeld die van vanille en die van koffie. Dus hoe weet het neuron of je koffie of vanille ruikt?"

Daarnaast is het ook nog eens zo dat een bepaald geurmolecuul door verschillende typen receptoren opgevangen kan worden. Zo kan een geur als vanille door zes verschillende receptoren opgepikt worden, waarvan twee ook voor koffie gevoelig zijn, om een hypothetisch voorbeeld te noemen. De specifieke combinatie van de signalen die door verschillende receptoren verstuurd worden, bepalen hoe je een geur ervaart. Deze ervaring verschilt per persoon, omdat de exacte verzameling receptoren in je neus voor iedereen uniek is. Daarnaast is het zo dat de cellen maar een beperkte levensduur hebben, wat betekent dat de ervaring van geur niet alleen verschilt tussen personen, maar ook verandert naarmate je ouder wordt.

Maar liefst vijf procent van alle genen die we hebben draagt op een of andere manier bij aan ons reukvermogen.

De vraag is nu dus hoe dit mechanisme precies in elkaar zit. Of tenminste, dat was de vraag – twee weken geleden verscheen er namelijk een onderzoek in Proceedings of the National Academy of Sciences waarin het mechanisme van geur beschreven wordt. Althans, een deel van het mechanisme, zo vertelde Xing, die heeft meegewerkt aan het onderzoek.

"Wij hebben ons geconcentreerd op de allereerste stap in het reukproces. Voor ons brein ons kan vertellen welke geur we ruiken, moet het signaal door verschillende lagen neuronen verwerkt worden. De onderste laag is de receptor. Wij hebben onderzocht hoe neuronen de keuze maken voor een bepaalde receptor. Hoe komt het dat een bepaald gen wordt uitgedrukt en andere niet?"

Advertentie

Er zijn ontzettend veel genen die een rol spelen bij geur. Maar liefst vijf procent (!) van alle genen die we hebben draagt op een of andere manier bij aan ons reukvermogen, en elke cel in het reukslijmvlies heeft bijna duizend verschillende receptor-genen. Elk van deze genen heeft evenveel kans om tot uitdrukking te komen, maar toch heeft elke cel maar één type receptor. Daarnaast heeft de neus van elk type receptor ongeveer hetzelfde aantal. Hoe doen cellen dit?

Door een computermodel te maken op basis van een groot aantal experimentele onderzoeken, hebben Xing en zijn collega's dit mechanisme ontrafeld. Om dit te doen hebben ze zogezegd alle bestaande stukjes van de puzzel, die los van elkaar niet logisch waren, samengevoegd om een enkel kloppend plaatje te creëren.

De oplossing van de puzzel is een mechanisme dat Xing 'cooperativity' noemt. Hij vergelijkt dit proces met een publiek dat in hetzelfde ritme applaudisseert. "In het begin klappen mensen in een eigen ritme, maar het applaus wordt al snel gesynchroniseerd. Dit gebeurt automatisch en onbewust. We luisteren naar wat onze buren doen en daar passen we ons op aan. De cellen in het reukslijmvlies doen hetzelfde."

In het reukslijmvlies werkt dit proces door middel van epigenetica: erfelijke informatie die niet in het DNA besloten ligt maar toch invloed heeft op hoe cellen zich gedragen. Deze informatie kun je zien als aanhangsels van de genen die beïnvloeden of en hoe een bepaald gen wordt uitgedrukt. Xing en zijn collega's hebben de moleculen geïdentificeerd die dit proces regelen voor de neuronen in het reukslijmvlies en ze zijn erachter gekomen dat die niet onafhankelijk van elkaar functioneren maar samenwerken. Net zoals mensen het ritme van een applaus op elkaar afstemmen, stemmen deze moleculen het epigenetische proces op elkaar af, zodat elke neuron de juiste receptor krijgt.

We weten nu hoe de neuronen een bepaalde receptor kiezen, maar nog niet hoe een geurmolecuul precies geïdentificeerd en verwerkt wordt.

Dit mechanisme is natuurlijk nog maar een klein onderdeel van het hele mysterie van ruiken. We weten nu hoe de neuronen een bepaalde receptor kiezen, maar nog niet hoe een geurmolecuul precies geïdentificeerd en verwerkt wordt, noch hoe het brein precies weet of je nou koffie of vanille ruikt.

Over het antwoord op vraag hoe geurmoleculen opgepikt en herkend worden bestaan twee verschillende theorieën: de 'lock and key'-theorie en de 'vibration'-theorie. De eerste theorie stelt dat geurmoleculen als sleutels gezien kunnen worden die op een specifiek slot passen, oftewel een specifieke receptor. De tweede theorie stelt dat de manier waarop de moleculen vibreren bepaalt welke receptoren geactiveerd worden.

De eerste theorie is een stuk populairder dan de tweede omdat er maar weinig bewijs is voor die laatste, maar het bewijs voor de 'lock and key' variant is ook niet volledig. Dit omdat moleculen met dezelfde vorm toch heel anders kunnen ruiken. Het lijkt dan ook waarschijnlijk dat de waarheid – zoals meestal – ergens in het midden ligt.

Inmiddels kan ik weer ruiken, en na mijn lichtelijk traumatische periode als moderne Jean-Baptiste Grenouille waardeer ik mijn reukslijmvlies meer dan ooit. Ons reukorgaan is bijzonder complex en geavanceerd; het kan minuscuul kleine deeltjes die ontzettend op elkaar lijken opvangen en omzetten naar een enorme hoeveelheid verschillende geuren waar we betekenis aan hechten, zelfs meerdere tegelijkertijd. Een dier als een hond is hier natuurlijk nog beter in – zij hebben veel meer soorten receptoren en zij ruiken dus met een hogere 'resolutie' – maar ook onze mensenneus is behoorlijk indrukwekkend en verdient meer liefde dan hij krijgt.

Echt mooi is de neus alleen niet te noemen, maar je kunt niet alles hebben.