چرا برخی بوها را دوست داریم و برخی را نه؟ بررسی ژنتیک بویایی

1

احتمالاً زمانی که بطری شیر را بو می‌کشید تا بفهمید خراب شده یا نه، زیاد به آن فکر نمی‌کنید. اما پشت این تصمیم سریع، مجموعه‌ای از ژن‌ها و پروتئین‌ها در حال فعالیت هستند.

تیمی از پژوهشگران دانشگاه لایپزیگ به سرپرستی دکتر مارکوس شولز، متخصص اپیدمیولوژی ژنتیک، ژنتیک مرتبط با حس بویایی انسان را با جزئیاتی بی‌سابقه بررسی کرده‌اند.

نقش DNA در حس بویایی

مطالعه‌ای گسترده در سه کشور

در یک مطالعه گسترده روی بیش از ۲۱ هزار نفر از آلمان، ایتالیا و آمریکا، محققان کشف کردند که چگونه DNA ما بر نوع بوهایی که تشخیص می‌دهیم و شدت واکنش ما به آن‌ها اثر می‌گذارد.

اثر انگشت ژنتیکی در بوها

«ما ده ناحیه ژنتیکی را شناسایی کردیم که با توانایی تشخیص بوهای خاص مرتبط هستند. هفت مورد از این نواحی، کشف‌های کاملاً جدید هستند»، به گفته‌ی شولز.

این مطالعه با استفاده از تجزیه و تحلیل گسترده ژنومی (GWAS)، عملکرد بویایی روزمره افراد را به تغییرات خاصی در DNA پیوند داده است.

روش بررسی

محققان از شرکت‌کنندگان خواستند تا ۱۲ بو را که با «چوبک‌های بویایی» (Sniffin’ Sticks) ارائه شده بودند، شناسایی کنند. سپس پاسخ‌های درست با میلیون‌ها پلی‌مورفیسم تک‌نوکلئوتیدی (SNP) مطابقت داده شد و برای هر داوطلب، امتیاز بویایی شخصی تولید شد.

تمرکز بر گیرنده‌های بویایی و آنزیم‌ها

دو نقطه‌ی کلیدی در داخل خوشه‌هایی از ژن‌های گیرنده بویایی قرار داشتند و سایر نواحی ژنتیکی بر آنزیم‌هایی تأکید داشتند که بو را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. این یافته‌ها، مراحل اولیه‌ی پردازش بو در مغز را مشخص می‌کنند.

مثال جالب: بوی ماهی

یک تغییر ژنتیکی خاص باعث می‌شود افراد تقریباً ۴ برابر بهتر بتوانند بوی ماهی را تشخیص دهند. حدود یک‌سوم اروپایی‌ها این ژن را دارند، که توضیح می‌دهد چرا برخی عاشق ماهی هستند و برخی حتی از بوی آن متنفرند.

چرا زنان واقعاً «گل‌ها را بیشتر بو می‌کشند»؟

تفاوت عملکرد زنان و مردان

در تمام فرهنگ‌ها، زنان در آزمایش‌های بویایی عملکرد بهتری نسبت به مردان دارند. داده‌ها نشان می‌دهند که سه ناحیه ژنتیکی وجود دارند که اثراتشان بین دو جنس متفاوت است. یک تغییر ژنتیکی خاص باعث می‌شود احتمال تشخیص بوی پرتقال در زنان سه برابر شود، در حالی که همین تغییر در مردان هیچ اثری ندارد.

نقش هورمون‌های جنسی

مطالعات نشان می‌دهند که اوج استروژن باعث افزایش حساسیت بویایی، و افزایش تستوسترون موجب کاهش آن می‌شود. این الگوهای هورمونی، توضیحی برای تغییر حس بویایی زنان در طول چرخه قاعدگی یا بارداری ارائه می‌دهند.

فرضیه‌ی حفاظت از جنین

برخی انسان‌شناسان این پدیده را «فرضیه حفاظت از جنین» می‌نامند؛ یعنی بینی حساس مادر برای حفاظت از جنین تکامل یافته است. با اینکه شواهد هنوز قطعی نیستند، اما ژنتیک انسانی در حال بررسی این ایده‌ی تکاملی است.

ردپای ژنتیکی بوها

ارتباط هر بو با ناحیه خاصی از ژنوم

هر یک از ۱۲ بوی آزمایش، با بخشی خاص از DNA مرتبط بود. به عنوان مثال، بوی دارچین به ژنی مرتبط شد که مسئول تشخیص ماده‌ی اصلی آن است، در حالی که بوی آناناس به دو ناحیه جداگانه در ژنوم وابسته بود.

دقت در اندازه‌گیری

وقتی یکی از بوها از امتیاز نهایی حذف می‌شد، سیگنال مربوط به آن نیز از بین می‌رفت. این نشان می‌دهد که اثر هر ژن محدود به همان بو است. این موضوع باعث افزایش اعتماد به یافته‌ها می‌شود.

مثلاً ژن مربوط به آناناس، به درک بوی نعناع هیچ کمکی نمی‌کند. این دقت برای طراحی تست‌های بالینی بویایی اهمیت بالایی دارد.

انتقال بو یا تشخیص؟

بوهای لیمو و پرتقال با اثرات ژنتیکی خفیف‌تری در نزدیکی ژن‌هایی مرتبط بودند که به انتقال سیگنال بویایی کمک می‌کنند، نه تشخیص مستقیم آن. این نشان می‌دهد که نحوه‌ی پردازش سیگنال هم به اندازه‌ی شناسایی اولیه مهم است.

از بین رفتن حس بویایی به‌عنوان هشدار اولیه

ارتباط با بیماری آلزایمر

از دست دادن حس بویایی، یکی از اولین علائم بیماری آلزایمر محسوب می‌شود. با استفاده از روش تصادفی‌سازی مندلی، محققان دریافتند که خطر ژنتیکی بالا برای آلزایمر با امتیاز پایین بویایی همراه است، اما از دست رفتن بو، به تنهایی موجب افزایش خطر زوال عقل نمی‌شود.

عملکرد سلولی و حافظه

قوی‌ترین پیوند ژنتیکی در این مطالعه، با ژنی بود که به جابجایی مواد درون سلول مرتبط است؛ ژنی که اغلب در کنار ژن‌های خطرآفرین آلزایمر دیده می‌شود. این ارتباط، سلامت سلولی را وارد معادله‌ی حافظه و بویایی می‌کند.

کاربرد بالینی

آزمایش‌های بزرگ پیشگیرانه اکنون بررسی می‌کنند که آیا تست بویایی می‌تواند غربالگری ارزان‌قیمت برای پذیرش اولیه بیماران باشد. استفاده آسان از تست‌های بو مانند scratch-and-sniff آن را به گزینه‌ای جذاب برای مراقبت‌های اولیه تبدیل کرده است.

تأثیر هورمون‌ها بر ژن‌های بویایی

بررسی‌های بیوانفورماتیکی

اسکن‌های بیوانفورماتیکی بیش از ۴۰ عنصر پاسخ به آندروژن را در نزدیکی ژن‌های جنس‌محور شناسایی کردند، در حالی که تعداد پاسخ‌دهنده به استروژن بسیار کمتر بود. این تراکم بالا، نشان‌دهنده احتمال تنظیم مستقیم توسط تستوسترون است.

عدم وجود مسیر مستقیم

اما بررسی‌های سطح ژنوم هیچ مسیر علی مستقیمی از تستوسترون در گردش، تستوسترون آزاد یا گلوبولین متصل‌کننده‌ی هورمون‌های جنسی به امتیازات بویایی نشان ندادند. این نتیجه منفی، برخی پژوهشگران را شگفت‌زده کرد.

آزمایش‌های آینده

شاید جمعیت‌های بزرگ‌تری برای کشف اثرات ظریف‌تر هورمونی نیاز باشد. تیم‌های آزمایشگاهی اکنون ویرایش ژنتیکی CRISPR را روی نورون‌های بویایی کشت‌شده برنامه‌ریزی کرده‌اند تا ببینند این عناصر چگونه بر خروجی ژنی اثر می‌گذارند.

DNA متنوع، ویژگی‌های بویایی متنوع

مطالعات آینده

یک پیگیری با ۲۰۰ هزار شرکت‌کننده در آلمان در حال انجام است و می‌تواند انواع ژنتیکی ضعیف‌تر یا نادرتر را آشکار کند. همچنین، پروژه‌هایی در شرق آسیا و آفریقا برنامه‌ریزی شده‌اند تا بررسی کنند آیا رژیم غذایی یا محیط، بر تأثیر ژنتیک بویایی اثر می‌گذارد یا خیر.

کاربردهای بالینی و مصرفی

به‌طور بالینی، ژنوتیپ‌گیری بویایی می‌تواند برای شغل‌هایی مثل آتش‌نشان‌ها یا کارکنان صنایع شیمیایی به‌کار رود. در حوزه مصرفی نیز، اپلیکیشن‌های آشپزی یا شرکت‌های عطرسازی ممکن است به‌زودی محصولات را براساس حساسیت ژنتیکی افراد پیشنهاد دهند.

آینده‌ی شخصی‌سازی بویایی

اگرچه هنوز ژن‌های بویایی وارد مراقبت‌های پزشکی نشده‌اند، اما به‌زودی ممکن است در گزارش‌های DNA مصرف‌کننده نیز گنجانده شوند.

شرکت‌های خدمات اجدادی در حال حاضر، ژن‌های عدم تحمل لاکتوز را گزارش می‌دهند. در آینده، ممکن است مشخص شود که در خانواده شما آلل حساسیت پایین به آناناس رایج است!

با این اطلاعات، عطرسازان می‌توانند خطوط تولید خود را مطابق با پروفایل ژنتیکی منطقه‌ای تنظیم کنند.

ژن‌ها هرگز به تنهایی درک ما از بوها را تعیین نمی‌کنند، اما نقشه‌برداری از تأثیر آن‌ها، حس بویایی را از یک راز به یک مقیاس قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند.