En los humanos, el olor habitualmente se considera como un sentido estético capaz de rescatar memorias perdurables. Sin embargo, para la mayoría de los animales, el olor es un sentido primario que les permite detectar comida, depredadores o pareja. Los insectos constituyen un sistema modelo muy atractivo para entender la lógica de la percepción olfativa, ya que exhiben comportamientos sofisticados y complejos (controlados por el sistema olfativo) con sistemas significativamente más simples que los de vertebrados. Diferentes subgrupos de Drosophila han desarrollado distintas respuestas de comportamiento al mismo olor para acomodarse al nicho ecológico propio que ocupan. Las indicaciones de olor son utilizadas también por las polillas macho para encontrar a las hembras. Finalmente, los insectos sociales como las hormigas o abejas utilizan de forma extensiva el olor en su comunicación y coordinación social. El análisis genético de los comportamientos mediados por el olor en los insectos puede proveernos de un sistema fácil para comprender el vínculo entre la percepción de olores y el comportamiento. Dicho de otra forma, cómo se crea la representación interna del mundo exterior.

La percepción de los olores requiere el reconocimiento de un diverso repertorio de moléculas volátiles en la periferia y la existencia de un mecanismo que permita la discriminación más fina de olores. Los genes que codifican para los receptores de olor se han identificado en nematodos, moscas y en vertebrados. En el gusano Chaenorabditis elegans, así como en muchas especies de mamíferos, la familia de genes de receptores de olor es muy amplia, contiene aproximadamente mil miembros. En Drosophila melanogaster y algunos vertebrados como aves y peces, el repertorio de receptores es mucho menor (50-100 proteínas). Es decir, el reconocimiento del vasto número de olores existentes en el entorno se lleva a cabo por una gran familia de receptores de olor.

Aunque la talla de esta familia sea parecida en nematodos y ratones, la lógica de la percepción olfativa difiere en estos dos organismos. La discriminación de la información olfativa requiere mecanismos neurales capaces de distinguir cuál de los numerosos receptores tiene que ser activado por un olor dado. En Chaenorabditis elegans, los mil receptores están expresados en sólo 16 pares de células sensoriales, por lo que cada neurona expresa múltiples receptores. La activación o inhibición de uno de los múltiples receptores expresados en una célula llevará a la quimioatracción o a la quimiorrepulsión. Por lo tanto, la respuesta de comportamiento a un impulso sensorial es una propiedad de la neurona activada y no del receptor en cuestión. Esta organización permite reconocer muchísimos olores pero disminuye el poder de discriminación del organismo.

Una lógica completamente distinta se emplea en mamíferos para discriminar los olores. En ratones, cada una de los dos millones de neuronas olfativas expresa sólo uno de los mil genes receptores de olor. Las neuronas que expresan un gen dado proyectan sus axones a una estructura bien precisa del cerebro. Así se genera un patrón espacial invariable de proyecciones que representa un mapa bidimensional de activación de estos receptores en el cerebro (y por lo tanto responsable de olores determinados). Un olor va a corresponder con un trazado particular de este mapa.

¿Cómo se representa la información olfativa en el cerebro de Drosophila? El mecanismo de discriminación de olores ¿se parece más al de Chaenorabditis elegans o a los vertebrados? El reconocimiento olfativo en Drosophila se lleva a cabo por los pelos sensoriales (quetas) distribuidos por toda la superficie del tercer segmento de las antenas y los palpos maxilares. La anatomía del sistema olfativo en insectos es reminiscente al de vertebrados. Sin embargo, hasta ahora sin el conocimiento de los genes que codifican para los receptores de olor en Drosophila (DOR, de Drosophila Odorant Receptors) no ha sido posible definir una base física de este mapa espacial.

En el estudio realizado por el grupo de Richard Axel se ha identificado la familia completa de DOR y se han utilizado estos genes para visualizar las proyecciones de cada neurona en el cerebro. A partir del análisis de secuencias genómicas se ha descrito la existencia de 57 genes DOR en el genoma de Drosophila melanogaster. Cada uno de estos genes presenta una estructura común (siete dominios transmembrana) y se expresan en subpoblaciones específicas de neuronas sensoriales olfativas con un perfil muy conservado entre individuos distintos. Además, estos DOR se expresan sólo en una parte del cerebro, en la región de la antena y del palpo maxilar, que son las regiones por donde se lleva a cabo el reconocimiento olfativo.

Un exhaustivo estudio del dominio de expresión de estos genes a partir de técnicas de hibridación in situ, pone de manifiesto que los DOR se expresan en neuronas individuales. Lo que nos lleva al modelo del sistema olfatorio en vertebrados donde las neuronas sensoriales individuales expresan un solo DOR.

Una vez obtenidos todos los DOR y aprovechando la facilidad de generar moscas transgénicas, los autores realizaron el mapa de proyecciones neuronales. Es decir, sabemos que cada célula neuronal olfativa expresa uno de los DOR, vamos a ver a qué región del cerebro proyectan sus axones. Gracias a esta aproximación pudieron trazar el mapa topográfico de activación de receptores en el cerebro de Drosophila. Aunque falta perfilar algunos aspectos de este mapa, todos los experimentos apoyan la hipótesis de: una neurona, un DOR, un trayecto en el mapa.

Estos resultados sugieren que la lógica de la discriminación del olor se mantuvo durante 500 millones de años de evolución que separan insectos de mamíferos, a lo mejor como reflejo de una solución eficiente y eficaz al complejo problema de la percepción de las sensaciones olfativas.

Cristina Pujades es profesora de biología molecular y celular del desarrollo de la Universidad Pierre y Marie Curie.

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