“Gli odori primari, il prisma di Hennings e la teoria stereochimica di Amoore”
La difficoltà cardinale nel lavoro sulla stimolazione e la percezione della
sensi chimici è sempre stata la nostra incapacità di caratterizzare lo stimolo odoroso. Mentre gli stimoli per la vista e l’udito possono essere caratterizzati in termini di frequenza e intensità e quelle per il tatto in termini di pressione e temperatura, non esistono termini di riferimento riconosciuti per l’odore e per il gusto.
Per analogia con la visione che suddivide i colori in rosso, verde e blu, esiste una teoria in grado di descrivere gli odori in modo più generale? Purtroppo, non c’è un accordo universale su una teoria così generale che sarebbe sufficiente a descrivere la relazione tra gli odori e le qualità odorose. Questo limita lo sviluppo della qualificazione e della quantificazione delle proprietà odorose.
Ci sono circa 1000 geni nella famiglia dei geni olfattivi, quindi gli esseri umani possono possedere fino a 1000 tipi di recettori per gli odori. Si ammette che un profumo con uno o un gruppo di odori è percepito da un gruppo specifico di recettori olfattivi .
Una logica preliminare alla caratterizzazione degli odori sembrerebbe essere la loro classificazione, e diversi schemi per risolvere i molteplici odori che sappiamo essere stati proposti; i più noti sono quelli di Zwaardemaker e Henning. Zwaardemaker (1895) suggeriva che tutti gli odori potevano essere ospitati in nove classi, ovvero etereo, aromatico, balsamico, ambrosiano, agliaceo, empireumatico, caprilico, ripugnante e nauseante; ognuno dei nove le classi avevano due o più suddivisioni, ad esempio la classe balsamica era suddivisa in a) floreale, b) viola e c) vaniglia e cumarina. Henning (1916),dopo un’attenta analisi, ha suggerito che tutti gli odori erano basati su sei fondamentali gruppi di odori, cioè speziato, fiorito, fruttato, resinoso, bruciato e ripugnante, anche se due o tre di questi odori primari potrebbero essere presenti insieme in un unico odore.
Forse la teoria principale sulla percezione degli odori è la teoria stereochimica di John Amoore, che lo scienziato pubblicò nel 1963 su “Nature”, che mette in relazione la qualità degli odori con la forma molecolare e descrive il concetto di odore primario. John Amoore ha diviso gli odori in base alla loro qualità percepita, alla struttura molecolare e al fatto che alcune persone, chiamate anosmiche, hanno difficoltà ad annusare l’uno o l’altro gruppo.
Le categorie che J. Amoore ha descritto erano: pungente, floreale, muschiato, terroso, etereo, canfora, menta piperita, etere e putrido, e queste sono ancora usate per descrivere gli odori, per studiare i meccanismi cellulari della trasduzione olfattiva e per discutere la rappresentazione centrale delle informazioni olfattive.
E’ ormai generalmente accettato che l’olfatto opera sulla base di un numero limitato di distinti “odori primari” , che combinati in diverse proporzioni forniscono l’enorme gamma di odori riconoscibili.
AMOORE, J. Stereochemical Theory of Olfaction. Nature 199, 912–913 (1963).
Ricerche sull’Olfatto
Fin dall’inizio del XIX secolo, scienziati hanno lavorato per svelare il mistero del senso dell’olfatto.
L’olfatto è fondamentale per la sopravvivenza delle specie in tutto il regno animale. Tuttavia, il modo in cui il cervello elabora e identifica gli odori – e come queste informazioni influenzano il comportamento – rimane, in gran parte, un enigma.
Per aiutare a risolvere questo mistero e far progredire la nostra più ampia comprensione del cervello, la National Science Foundation (NSF) ha stanziato più di 15 milioni di dollari per tre progetti di ricerca sulla complessità dell’olfatto. Questi premi sostengono 17 ricercatori che hanno combinato idee innovative provenienti da diverse discipline in progetti collaborativi, tutti progettati per trasformare la comprensione degli scienziati della codifica neurale degli odori.
“L’olfatto è un problema importante e trattabile nelle neuroscienze”, ha detto James Olds, vicedirettore della Direzione delle Scienze Biologiche. “Utilizzando il sistema olfattivo, che è un sistema antico, come modello per i circuiti neurali, possiamo ottenere una comprensione dei principi fondamentali alla base dell’attività neurale e dei comportamenti complessi”.
I premi ampliano gli investimenti di NSF nella President’s BRAIN Initiative. Sono finanziati dalle Direzioni di Scienze Biologiche e Scienze Matematiche e Fisiche (MPS) di NSF.”L’inclusione di metodi fisici e matematici in questa ricerca si rivelerà inestimabile”, ha detto Krastan B. Blagoev, direttore del programma per la Fisica dei sistemi viventi in MPS. “La fusione della biologia con la fisica e la matematica aggiunge una nuova importante dimensione allo studio dei processi biologici, permettendoci di esplorare i meccanismi biologici al livello molecolare più elementare, in modo quantitativo e predittivo”.
Le proposte di ricerca sono nate dal workshop NSF Olfactory Ideas Lab, tenutosi a giugno presso il Janelia Farm Research Campus. I laboratori sono incontri intensi che riuniscono scienziati e ingegneri di diversi settori per formulare idee innovative e sviluppare proposte di ricerca potenzialmente trasformative. Questo laboratorio di idee ha coinvolto 30 ricercatori che, nell’arco di cinque giorni, hanno formato gruppi di lavoro e hanno elaborato cinque idee di progetto. Questi tre premi sono stati selezionati tra le proposte finali presentate da questi team.
Navigazione olfattiva: Calcolo dinamico nell’ambiente naturale: Animali: dalle mosche agli esseri umani: usare l’olfatto per trovare risorse, come cibo e compagni. Come fanno creature così diverse, con cervelli così diversi, a condividere questa capacità? Questo team lavorerà per scoprire i processi algoritmici e meccanicistici che governano questo comportamento profondamente radicato. Quantificheranno i vapori degli odori – e come gli odori si distribuiscono negli ambienti naturali – e misureranno il comportamento degli animali negli ambienti olfattivi. Gli investigatori principali sono: John Crimaldi, Università del Colorado; Lucia Jacobs, Università della California, Berkeley; Jonathan Victor, Weill Cornell Medical College; Nathaniel Urban, Università di Pittsburgh; G. Bard Ermentrout, Università di Pittsburgh; Katherine Nagel, New York University Medical Center; Justus Verhagen, John Pierce Laboratory.
Usare gli stimoli olfattivi naturali per decifrare il codice olfattivo: Questo progetto utilizzerà moscerini della frutta e api da miele come organismi modello per sondare il circuito olfattivo. Invece di utilizzare stimoli olfattivi sintetici per studiare l’olfatto – la pratica comune oggi – il team creerà quelli naturali, raccogliendo, analizzando e modellando campioni di odori naturali provenienti dall’ambiente di ogni insetto. Lo studio dei circuiti olfattivi con stimoli naturali potrebbe rivelare nuove caratteristiche e comportamenti neurologici. Gli investigatori principali sono: Brian Smith, Arizona State University; Aravinthan Samuel, Harvard University; Elizabeth Hong, California Institute of Technology; Tatyana Sharpee, Salk Institute for Biological Studies.
Analisi del codice olfattivo dei mammiferi: Il senso olfattivo dei mammiferi è davvero sorprendente. Può discriminare rapidamente tra migliaia di odori e analizzare i diversi odori in complesse combinazioni olfattive. Questo progetto indagherà il processo di riconoscimento degli odori, concentrandosi su come le caratteristiche di base della percezione degli odori – identità e valenza degli odori, che è il significato comportamentale attribuito a un odore – sono codificate nel cervello. Gli investigatori principali sono: Hiroaki Matsunami, Duke University; Sriram Kosuri, University of California, Los Angeles; Dale Wachowiak, University of Utah; Marcelo Magnasco, Rockefeller University; Vladimir Itskov, Pennsylvania State University; Lisa Stowers, Scripps Research Institute.
https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=136333