Pintar un cuadro que tenga significado y aromas
La sensación del olfato, el olfato, tiene un papel importante que desempeñar en la palatabilidad y el sabor de los alimentos. Para comprender mejor el olfato, los científicos de UC San Francisco (UCSF) crearon una imagen 3D a nivel molecular de cómo una molécula de olor activa un receptor de olor humano, un paso crucial para descifrar el sentido del olfato.
EL resultadosPublicado en Naturaleza, están preparados para reavivar el interés en la ciencia del olfato con implicaciones para las fragancias, la ciencia de los alimentos y más allá. Los receptores olfativos (u odorantes), proteínas que unen las moléculas de olor a la superficie de las células olfativas, constituyen la mitad de la familia de receptores más grande y diversa de nuestro cuerpo.
Según Aashish Manglik, MD, PhD, profesor asociado de química farmacéutica y autor principal del estudio, el objetivo es mapear las interacciones de miles de moléculas olfativas con cientos de receptores olfativos, para que un químico pueda diseñar una molécula y predecir qué olería como.
«Pero no pudimos hacer este mapa porque, sin una imagen, no sabemos cómo reaccionan las moléculas de olor con sus correspondientes receptores de olor», dijo Manglik.
Pinta un cuadro del olor a queso.
El sentido del olfato involucra alrededor de 400 receptores únicos. Cada uno de los cientos de miles de olores que podemos detectar está formado por una mezcla de diferentes moléculas de olor. Cada tipo de molécula puede ser detectada por un conjunto de receptores, creando un rompecabezas para que el cerebro resuelva cada vez que la nariz huele algo nuevo.
«Es como tocar las teclas de un piano para producir un acorde», dijo Hiroaki Matsunami, PhD, profesor de genética molecular y microbiología en la Universidad de Duke y colaborador cercano de Manglik. El trabajo de Matsunami durante las últimas dos décadas se ha centrado en descifrar el sentido del olfato. «Ver cómo un receptor de olor se une a un olor explica cómo funciona en un nivel fundamental».
Para crear esta imagen, el laboratorio de Manglik utilizó un tipo de imagen llamado microscopía crioelectrónica (crio-EM) 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 la unión del receptor de olor a una molécula de olor, primero tenían que purificar una cantidad suficiente de proteína receptora.
Los receptores olfativos son notoriamente difíciles, algunos dicen que imposibles, de fabricar en el laboratorio para tales propósitos.
Los equipos de Manglik y Matsunami buscaron un receptor de olores que sea abundante tanto en el cuerpo como en la nariz, pensando que podría ser más fácil hacerlo artificialmente, y que también podría detectar olores solubles en agua. Se decidieron por un receptor llamado OR51E2, que se sabe que responde al propionato, una molécula que contribuye al olor acre del queso suizo.
Pero incluso OR51E2 ha resultado difícil de fabricar en el laboratorio. Los experimentos crio-EM típicos requieren un miligramo de proteína para producir imágenes a nivel atómico, pero el coautor Christian Billesbøelle, PhD, científico principal en el laboratorio de Manglik, ha desarrollado enfoques para usar solo 1/100 de miligramos de OR51E2, poniendo la instantánea del receptor y el odorante al alcance de su mano.
“Logramos esto al superar varios estancamientos técnicos que sofocaron el campo durante mucho tiempo”, dijo Billesbøelle. «Esto nos permitió obtener el primer vistazo de un odorante que se conecta a un receptor de odorante humano en el mismo momento en que se detecta un olor».
Esta instantánea molecular mostró que el propionato se une fuertemente a OR51E2 a través de un ajuste muy específico entre el odorante y el receptor. El hallazgo encaja con una de las funciones del sistema olfativo como centinela del peligro.
Aunque el propionato contribuye al rico aroma a nuez del queso suizo, su sabor es mucho menos apetitoso.
«Este receptor se enfoca con láser para tratar de detectar el propionato y puede haber evolucionado para ayudar a detectar cuándo la comida se ha echado a perder», dijo Manglik. Los receptores de olores agradables como el mentol o la alcaravea podrían, en cambio, interactuar más libremente con los odorantes, especuló.
solo una bocanada
Además de emplear una gran cantidad de receptores a la vez, otra cualidad interesante del olfato es nuestra capacidad para detectar pequeñas cantidades de olores que pueden aparecer y desaparecer. Para investigar cómo el propionato activa este receptor, la colaboración reclutó al biólogo cuantitativo Nagarajan Vaidehi, PhD, de City of Hope, quien usó métodos basados en la física para simular y hacer películas de cómo el propionato activa OR51E2.
«Realizamos simulaciones por computadora para comprender cómo el propionato provoca un cambio de forma en el receptor a nivel atómico», dijo Vaidehi. «Estos cambios de forma juegan un papel fundamental en la forma en que el receptor de olores inicia el proceso de señalización celular que conduce a nuestro sentido del olfato».
Manglik visualiza un futuro en el que se pueden diseñar nuevos aromas basados en la comprensión de cómo la forma de una sustancia química conduce a una experiencia perceptiva, muy similar a cómo los químicos farmacéuticos diseñan medicamentos hoy en día, basándose en las formas atómicas de las proteínas patógenas.
«Hemos soñado con abordar este problema durante años», dijo. “Ahora tenemos nuestra primera patada, el primer vistazo de cómo las moléculas en el olfato se unen a nuestros receptores olfativos. Para nosotros, esto es solo el comienzo. »
