Bioloogid on pikalt juurelnud, kuidas suudavad inimesed ja teised loomad miljoneid lõhnanüansse eristada. Värske uuring annab mõistatusele geomeetrilise vastuse. Uus haistmiskaart näitab, et ninaepiteeli katab tuhandetest kattuvatest triipudest koosnev muster. Iga lõhna tuvastav rakk teab oma asukohta koes millimeetri murdosa täpsusega, vahendab Nature News.

Seni on bioloogiaõpikutes kirjutatud, et haistmisepiteel jaguneb vaid mõneks laiaks piirkonnaks. Arvati, et nende piirkondade sees paiknevad retseptorid suuresti juhuslikult. Karolinska instituudi psühholoogi ja neuroteadlase Johan Lundström uuringus ise ei osalenud, kuid tõdes, et 30 aastat vana mudel nüüdseks aegunud. Tema hinnangul lükkab värske teadustöö ühe olulisema haistmismeele korraldust selgitava alustala kõrvale.

Ei midagi juhuslikku

Soovides haistmissüsteemi tegelikku olemust mõista, uurisid teadlased sadadelt hiirtelt pärinevat ligikaudu 5 000 000 neuronit. Kõigepealt kaardistas töörühm üherakulise järjendamise abil aktiivsed haistmisretseptorid. Seejärel võtsid nad appi ruumilise transkriptoomika. Nad täheldasid, et umbes 1100 haistmisretseptorit paiknevad rangelt paika pandud koordinaatidel.

Tulemustes joonistus välja nina ülaosast alaosani kulgevate kattuvate horisontaalsete triipude võrgustik. Uuringu autori ja Harvardi meditsiinikooli neurobioloogi Sandeep Robert Datta sõnul on igal retseptoril ninas oma kindel ja muutumatu asukoht. Kuna hiire ninas on neid asukohti tuhatkond, moodustabki iga retseptor teistega kattuva triibu. Selline süsteemne paigutus tagab, et haistmismeel püüab lõhnasignaalid kinni juba esimesel kokkupuutel.

Datta ja kolleegid ei piirdunud vaid ruumilise mustri tuvastamisega. Lisaks kirjeldasid nad bioloogilist mehhanismi, mis taolist korda loob. Autorite sõnul juhib kindel geenikogum seda, kuidas haistmiskaart loote arengu käigus kujuneb. N-ö triipude tekke eest vastutab eeskätt retinoehape: A-vitamiini ainevahetussaadus, mida leidub nina eri osades eri määral. Katsete käigus muutsid uurijad happe avaldumise hulka, misjärel hakkasid neuronid tootma teistsuguseid haistmisretseptoreid.

Ruumilise transkriptoomika meetodiga tulid triipude kõrval nähtavale ka mitu omavahel seotud koordinaattelge. Selgus, et retseptorid paiknevad ninas piki kaht telge: keskelt äärtesse ja alt üles. Bioloogide kinnitusel tagab niisugune kaheteljeline süsteem, et sajad erinevad haistmisnärvid asuvad täpselt õiges kohas. Tänu neile telgedele kohandab iga närvirakk ka oma täpset talitlust ninaepiteeli labürindis.

Geenide avaldumist analüüsides leidis töörühm sadu geene, mis aitavad rakkudel oma asukohta määrata.. Uurimisrühm loendas kokku 250 geeni, mille aktiivsus muutub vastavalt raku asukohale. Nii ulatuslik geneetiline koostöö  kinnitab haistmissüsteemi keerukat ülesehitust.

Milline peaks olema tüvirakuravi?

Teadustöö haare ulatus aga ninast kaugemale: ilmsiks tuli tihe seos perifeerse ja kesknärvisüsteemi vahel. Sandeep Datta töörühm näitas, kuidas nina retseptorite kaart peegeldub sarnaste geenide avaldumise mustritena aju haistmissibulas. Paralleelsus meenutab kompimis-, kuulmis- ja nägemismeelte kaarte. Johan Lundströmi sõnul töötavad nii perifeersed retseptorid kui ka aju sama arenguloogika alusel.

Nüüd, kus haistmismeele ruumiline ehitus on teada, otsivad teadlased järgmisena viise, kuidas seda teadmist haistmiskao ravis rakendada. Datta hinnangul mõjutab leid otseselt haistmismeele taastamist tüvirakkudega. Tema sõnul ei piisa enam rakkude süstimisest ühte konkreetsesse punkti. Täieliku lõhnataju jaoks peavad uued tüvirakud hõivama ninas kõik n-ö anatoomilised triibud.

Kuigi uurijad tegid seekord katseid hiirtega, eeldavad nad, et sama süsteem on olemas ka inimestel. Praegu otsibki Datta töörühm sarnaseid neuronimustreid inimese kudedest. Järgmine sammuna tahavad nad  sobitada erinevad lõhnad kindlate retseptorite triipudega. Edukorral sillutab see teed võimalikele uutele haistmishäirete ravimeetoditele.

Uuringud ilmusid ajakirjas Cell.