Μοριακές δονήσεις γεννούν αρώματα!

Μοριακές δονήσεις γεννούν αρώματα!

Δεν μπορώ να σας περιγράψω με τι χαρά οδηγούσα πριν από καμιά δεκαριά ημέρες προς το Ερευνητικό Ινστιτούτο «Αλέξανδρος Φλέμινγκ» στη Βάρη. Οχι μόνο ήταν μια λαμπερή ηλιόλουστη ημέρα, αλλά ήταν η ημέρα που επιτέλους θα γινόμουν κι εγώ μέρος ενός πειράματος! Τα τελευταία χρόνια γράφω για πειράματα που έχουν γίνει από άλλους και στο παρελθόν έχω κάνει και η ίδια πολλά πειράματα. Αλλά ποτέ ως εκείνη την ημέρα δεν ήμουν μέρος ενός πειράματος ή, αν προτιμάτε, δεν είχα υπάρξει πειραματόζωο!

Φαντάζομαι ότι σας έχω μπερδέψει. Σαν να σας ακούω να ρωτάτε: «Γιατί να χαίρεται κανείς όταν πάει να γίνει πειραματόζωο;». Κατ' αρχάς να διευκρινίσουμε ότι δεν είναι δεδομένο πως υποφέρουν όλα τα πειραματόζωα. Και, στην περίπτωσή μου, είχα από καιρό θέσει υποψηφιότητα για τον ρόλο αυτόν και ήμουν περιχαρής που το αίτημά μου είχε γίνει αποδεκτό. Βλέπετε, ήθελα να είμαι από τους πρώτους ανθρώπους πάνω στον πλανήτη που θα βοηθούσαν να διαλευκανθεί ένα μέγα μυστήριο: το πώς μυρίζουμε.

Σκεφθείτε το για μια στιγμή: ο άνθρωπος κατέκτησε το Διάστημα, δημιούργησε ηλεκτρονικούς υπολογιστές με ασύλληπτες δυνατότητες, θεράπευσε ασθένειες που τον ταλάνιζαν για αιώνες, αλλά δεν γνωρίζει ακόμη πώς λειτουργεί μία από τις πέντε αισθήσεις του. Και μπορεί οι άνθρωποι να τείνουμε να υποτιμούμε την όσφρηση, σε σχέση με την όραση ή την ακοή, αλλά κάνουμε τεράστιο λάθος. Θυμηθείτε το αυτό την επόμενη φορά που ένα κρυολόγημα θα σας στερήσει την όσφρησή σας για μερικές ημέρες: δείτε πόσο φτωχότερος γίνεται ο κόσμος σας χωρίς οσμές. Για να μην πούμε πόσο πιο επικίνδυνος γίνεται, αφού δεν θα μπορούσε κανείς να μυρίσει ούτε τον καπνό μιας πυρκαγιάς ούτε μια τοξική ουσία.

Κλειδιά και κλειδαριές

Οσοι παρακολουθούν επισταμένως τα επιστημονικά τεκταινόμενα θα θυμούνται ίσως ότι το 2004 δύο αμερικανοί ερευνητές, οι Ρίτσαρντ Αξελ (Richard Axel) και Λίντα Μπακ (Linda Β. Buck), τιμήθηκαν με το βραβείο Νομπέλ Ιατρικής για την ανακάλυψη των οσφρητικών υποδοχέων και τη διαλεύκανση της οργάνωσης του οσφρητικού συστήματος. Οπως διαπιστώθηκε από τους δύο συνεργάτες, οι οσφρητικοί υποδοχείς είναι πρωτεΐνες εγκατεστημένες στα εξειδικευμένα κύτταρα του ρινικού επιθηλίου μας. (Η εξειδίκευση των κυττάρων του οσφρητικού επιθηλίου προέρχεται από το γεγονός ότι καθένα από αυτά φέρει έναν και μόνο τύπο οσφρητικού υποδοχέα.) 

Τα κύτταρα αυτά λοιπόν αντιλαμβάνονται τις οσμές και πληροφορούν τον εγκέφαλό μας για την παρουσία τους στέλνοντας ηλεκτρικές ώσεις αρχικά στον οσφρητικό λοβό και στη συνέχεια σε άλλες περιοχές του.

Ενώ όμως οι διαδρομές των ηλεκτρικών ώσεων από το ρινικό επιθήλιο στον εγκέφαλο φαίνεται ότι είναι ξεκάθαρες, δεν συμβαίνει το ίδιο και με το πρώτο βήμα της λειτουργίας της όσφρησης, το οποίο έχει να κάνει με την αλληλεπίδραση των οσμών με τους οσφρητικούς υποδοχείς. Η αρχική υπόθεση ήταν ότι οι οσμές και οι υποδοχείς τους λειτουργούν όπως το κλειδί με την κλειδαριά: κάθε οσμή μπορούσε να «ξεκλειδώσει» τον αντίστοιχο υποδοχέα της προσδενόμενη πάνω σε αυτόν.

Οσο ελκυστική και αν ακούγεται αυτή η υπόθεση, κάπου χωλαίνει: «Οι επιστημονικές υποθέσεις είναι σωστές όταν έχουν προβλεπτική ικανότητα» σημείωσε στο «BHMAScience» ο Λούκα Τούριν (Luca Turin), ερευνητής τώρα του Ινστιτούτου Φλέμινγκ. Πράγματι, αν η υπόθεση που θέλει τις οσμές να έχουν στερεοδιάταξη συμπληρωματική ως προς τον υποδοχέα τους εξηγεί πράγματι τη λειτουργία της όσφρησης, θα έπρεπε να μπορεί κανείς να προβλέψει πώς θα μύριζε μια ουσία αν γνώριζε το σχήμα της στον χώρο. Αντιστοίχως, θα περίμενε κανείς ουσίες με παραπλήσια σχήματα να έχουν και παραπλήσιες οσμές.

Βότκα και... χαλασμένο αβγό

Οπως όμως γνωρίζουν όσοι ερευνούν τη λειτουργία της όσφρησης, τα παραπάνω δεν ισχύουν. Χαρακτηριστικότατο παράδειγμα αποτελεί το ζεύγος αιθανόλης - αιθανοθειόλης, που είναι ουσίες με πολύ όμοια στερεοδιάταξη και αντιδιαμετρικά αντίθετες οσμές. Η πρώτη μυρίζει βότκα, ενώ η αιθανοθειόλη, που δεν είναι παρά μια αιθανόλη στης οποίας το μόριο ένα υδρογόνο έχει αντικατασταθεί από ένα μόριο θείου, μυρίζει χαλασμένο αβγό. Τη μυρωδιά του χαλασμένου αβγού έχουν επίσης και μια σειρά ενώσεις βορίου και υδρογόνου, τα βοράνια, των οποίων το μόριο δεν έχει καμία ομοιότητα με την αιθανοθειόλη.  

Ολα αυτά έκαναν τον Τούριν, ο οποίος είναι βιοφυσικός, δύσπιστο σχετικά με την εξήγηση της αλληλεπίδρασης των οσμών με τους υποδοχείς τους. Ο Τούριν θεώρησε ότι πιθανότατα είχε δίκιο ο βρετανός χημικός Sir Malcolm Dyson, ο οποίος το 1937 είχε κάνει την υπόθεση πως αντιλαμβανόμαστε τις οσμές χάρη στις μοριακές δονήσεις τους. Αναζητώντας τρόπους να διερευνήσει αυτή την υπόθεση πειραματικά, ο Τούριν προσέγγισε τον νευροβιολόγο Ευθύμιο Σκουλάκη του Ινστιτούτου Φλέμινγκ. Ο δρ Σκουλάκης και οι συνεργάτες του διερευνούν τον μηχανισμό της μνήμης και της μάθησης χρησιμοποιώντας ως πειραματόζωο τη μύγα του ξιδιού (Drosophila melanogaster) και έχουν αναπτύξει τεχνικές εκπαίδευσης των μυγών με τη βοήθεια οσφρητικών σημάτων.  

Ο ρόλος των ταλαντώσεων

Πριν από ακριβώς δύο χρόνια το δίδυμο Σκουλάκη - Τούριν είχε καταδείξει ότι πράγματι οι μοριακές δονήσεις ενός μορίου και όχι η στερεοδιάταξή του είναι ο τρόπος με τον οποίο αντιλαμβάνονται τις οσμές οι μύγες. Δεν γνώριζαν όμως αν κάτι τέτοιο μπορούσε να ισχύει και στους ανθρώπους. «Τα οσφρητικά κύτταρα των μυγών είναι πολύ διαφορετικά από τα δικά μας και μόνο η επανάληψη του πειράματος σε ανθρώπους θα μπορούσε να μας λύσει το μυστήριο» είπε ο Λούκα Τούριν.

Το πείραμα είναι απλό στη σύλληψή του αλλά κάπως πιο δύσκολο στην εφαρμογή.

 Ενα μόριο του οποίου τα υδρογόνα έχουν αντικατασταθεί από δευτέριο (ισότοπο του υδρογόνου) διατηρεί τη στερεοδιάταξή του, αλλά οι μοριακές δονήσεις του είναι διαφορετικές εξαιτίας των διαφορετικών ταλαντώσεων του βαρύτερου δευτέριου. Αν όντως ισχύει η θεωρία του Τούριν, θα έπρεπε το δευτεριωμένο μόριο να μυρίζει διαφορετικά από το αρχικό.

Για να μπορέσουν να προβούν σε αυτόν τον πειραματισμό, οι δύο συνεργάτες ζήτησαν τη βοήθεια της Vioryl, της μόνης ελληνικής εταιρείας αρωμάτων που διαθέτει ένα μεγάλο ερευνητικό τμήμα. «Ο Δημήτρης Γεωργανάκης από τη Vioryl και η Κλειώ Μανιάτη η οποία εργάζεται στο εργαστήριό μας έφτιαξαν τα υψηλής καθαρότητας δευτεριωμένα μόρια μασκ τα οποία χρειαζόμασταν για να διερευνήσουμε την ορθότητα της θεωρίας μας» είπε ο Λούκα Τούριν.

Τα μασκ κι εγώ

Τα μασκ είναι μια ομάδα μορίων με ευρεία χρήση στην αρωματοποιία. Ο καθαρισμός με τη βοήθεια αέριας χρωματογραφίας τόσο των κανονικών όσο και των δευτεριωμένων μορίων μασκ, ώστε να είναι βέβαιο ότι οι εθελοντές θα μύριζαν μόνο την ουσία χωρίς καμία πρόσμειξη, ήταν κομβικής σημασίας για τον πειραματισμό. Ως καλή εθελόντρια λοιπόν κατέφθασα κι εγώ εκείνο το λαμπερό πρωινό στη Βάρη και γεμάτη ανυπομονησία είδα να καταφθάνουν μέσα σε ένα κουτί τα μικρά εργαστηριακά μπουκαλάκια με τα δύο ειδών μασκ, το κανονικό και το δευτεριωμένο.

Το πρώτο μπουκαλάκι, που δεν ξέρω τι περιέχει, ανοίγει. Το φέρνω στη μύτη μου και μυρίζω κάτι απροσδιόριστο, κάτι που θυμίζει πλαστικό. Είναι το πλαστικό που τυλίγει το πώμα του. Δεν έχω ιδέα πώς μυρίζει το περιεχόμενο του μπουκαλιού. Οι ερευνητές κοιτάζονται μεταξύ τους και χαμογελούν. Μου δίνουν το επόμενο μπουκαλάκι, τίποτε. Φέρνουν κι άλλα από το εργαστήριο. Τίποτε.

Η καριέρα μου ως πειραματοζώου τελειώνει προτού ακόμη αρχίσει. Οπως με πληροφορούν, ανήκω στο 5% του πληθυσμού που δεν μπορεί να μυρίσει τα μασκ! Ευτυχώς για τους ερευνητές, υπάρχει το άλλο 95%. Οπως σημειώνουν στο άρθρο τους που δημοσιεύθηκε προσφάτως στην επιθεώρηση «PlosOne», άλλοι εθελοντές μπορούσαν να ξεχωρίσουν τα κανονικά από τα δευτεριωμένα μόρια του μασκ.

Η κβαντική συνιστώσα

Το εύρημά τους σημαίνει ότι η λειτουργία της ανθρώπινης όσφρησης διαθέτει και μια κβαντική συνιστώσα, καθώς αυτό που στην πραγματικότητα αντιλαμβάνονται οι εθελοντές δεν είναι τίποτε άλλο από τις διαφορετικές μοριακές δονήσεις των μορίων με τα διαφορετικά ισότοπα (υδρογόνο - δευτέριο). Οσο για μένα, έχω τελικά ελπίδες να συνεχίσω την καριέρα μου ως πειραματόζωο: όπως με πληροφόρησε η ερευνητική ομάδα, για την επόμενη φάση των πειραμάτων της χρειάζεται ανθρώπους που δεν μπορούν να μυρίσουν τα μασκ. Μόλις έχω νεότερα από την πορεία των πειραμάτων, θα σας ενημερώσω...

ΠΗΓΗ

ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟ ΕΝΑΤΟ ΚΥΜΑ