El premio Nobel en Fisiología o Medicina, 2004, ha reconocido las aportaciones fundamentales de Richard Axel y Linda B. Buck a la comprensión de la fisiología del olfato. Hasta 1990, el sistema olfativo era el gran desconocido entre los sistemas sensoriales. Sabíamos que la visión se basaba en cuatro pigmentos, tres para el color más uno para la visión escotópica (con poca luz), y comprendíamos las propiedades básicas de las células mecanoreceptoras responsables de la audición. En el caso del gusto, también había poca comprensión de los aspectos moleculares de su funcionamiento, pero estaba bien establecida la existencia de unas modalidades básicas (los clásicos salado, dulce, ácido y amargo, a los cuales se ha añadido más recientemente el umami). En el caso del olfato, todos los enfoques abordados para su comprensión, como los intentos de definir «olores básicos», habían resultado poco convincentes.
En 1991, Buck y Axel descubrieron los receptores de olores, lo cual supuso una auténtica revolución en nuestra comprensión del sistema olfativo. Trabajos anteriores habían podido establecer que el olfato dependía de un tipo de receptores bien conocidos por los investigadores, los llamados receptores de siete dominios transmembrana, que funcionaban acoplados a proteínas G. Todos los receptores de esta clase comparten algunos motivos característicos en la secuencia génica. Buck y Axel buscaron genes que tuvieran estas secuencias características y que, además, se expresaran en la mucosa olfativa y formaran una gran familia (partiendo de la hipótesis de que un sistema capaz de reconocer muchos olores debía tener muchos componentes). Ello les permitió identificar la familia de los receptores de odorantes. El estudio posterior de estos receptores ha dado muchas sorpresas que han permitido entender importantes aspectos de la fisiología del olfato.
La primera gran sorpresa ha sido el descubrimiento de que la familia es mucho mayor de lo que se había previsto. Hay muchos receptores de olores, que ocupan entre un 1 y un 3% del genoma de los mamíferos. Las estimaciones más recientes indican que hay 913 genes funcionales de receptores de olores en el ratón y 331 en humanos, además de numerosos pseudogenes, genes que han perdido su función en el curso de la evolución.
La segunda sorpresa es que cada una de las neuronas olfativas expresa un solo de estos receptores, es decir, está especializada en reconocer odorantes con afinidad por uno de estos receptores, lo cual dependerá de unas determinadas particularidades químicas. Así pues, cada neurona olfativa está especializada en activarse en presencia de moléculas que presentan unas determinadas características químicas, y pertenece a un subtipo entre los 331 (humanos) y los 913 (ratón) posibles. No obstante, una molécula con una cierta complejidad puede tener afinidad por un tipo de receptor olfativo, provocada por una región de la molécula, y por otros tipos de receptores olfativos debido a otras de sus características estructurales. Así, el conjunto de las neuronas olfativas mostrará un patrón de actividad que codificará las características químicas (o epítopos) de las moléculas odorantes.
La tercera sorpresa proporcionada por el estudio de los receptores olfativos ha surgido del análisis de la organización topográfica de la proyección de las neuronas olfativas en el bulbo olfativo. Se sabía que múltiples neuronas olfativas enviaban sus axones a cada uno de los llamados glomérulos, lugares donde las terminales de estos axones hacen sinapsis con las neuronas secundarias del sistema, que son de dos tipos, las células mitrales y las células con penacho. Pues bien, todas las neuronas olfativas primarias que expresan el mismo receptor olfativo envían sus terminales al mismo glomérulo. Así, la actividad sináptica en los glomérulos olfativos y la actividad de las neuronas mitrales y con penacho es una representación de los epítopos químicos de los odorantes, una codificación de estructuras químicas en forma de actividad neuronal.
En conjunto, los conocimientos adquiridos gracias a Buck y Axel nos muestran el olfato como un poderoso sistema de análisis químico, capaz de responder a cualquier odorante que llegue a la mucosa olfativa, hacer un análisis detallado de características químicas y codificarlo en un sistema combinatorio. Los centenares de receptores diferentes confieren al sistema una base cuyo funcionamiento combinatorio permite una capacidad prácticamente ilimitada de codificación de odorantes diferentes.
Este artículo ha sido también publicado en un monográfico que Percepnet (www.percepnet.com) ha dedicado al premio Nobel del olfato, un especial que contiene otros artículos y comentarios, de firmas autorizadas, sobre el descubrimiento de Buck y Axel y el premio de Fisiología y Medicina 2004 que la Asamblea Nobel del Instituto Karolinska de Estocolmo ha otorgado el día 4 de octubre a ambos investigadores.
