Licht werpen op geur

Naburige hersencellen in het geurcentrum van muizen reageren verschillend op dezelfde geuren. De onderzoekers konden dit ontdekken door individuele hersencellen te activeren met een lichtstraal. Een proef die tot voor kort zelfs voor wetenschappers als science fiction klonk.

Dit experiment is nu mogelijk dankzij een nieuw soort genetisch aangepaste muizen. Lichtgevoelige eiwitten in hun brein zorgen dat neurobiologen signalen exact kunnen volgen. Door dit toe te passen op het geurcentrum konden de muizen ‘het licht ruiken’. Met deze techniek zochten de onderzoeken vervolgens paartjes van hersencellen die signalen ontvingen van dezelfde geurreceptor in de neus. Toen de muizen getest werden met 42 echte geuren ‘vuurden’ ze even vaak, maar met compleet andere timing. De oorzaak en het belang van deze verschillen zijn nog onduidelijk. Het staat allemaal in de Nature Neuroscience van deze maand.

Laten we eerst kijken naar de coole techniek die er is gebruikt. Het lichtgevoelig eiwit is verwant aan de eiwitten in onze ogen en heet kanaalrhodopsine-2. Ze werden ontdekt in algen die er blauw licht waar nemen, om zich in die lichtrichting te bewegen. Het eiwit zelf is een kanaal in het celmembraan, dat zich onder invloed van licht opent en ionen (geladen moleculen) naar binnen laat. Hierdoor wordt de negatief geladen binnenkant van celmembranen tijdelijk positief. De hersencellen in de aangepaste muizen vuren vervolgens, dit signaal loopt verder naar cellen die input krijgen van de belichte cel.

De onderzoekers gebruikten hier dus genetisch aangepaste muizen met zulke eiwit in hun geurcentrum. Wat de onderzoekers allereerst deden was bewijzen dat ze met een kleine lichtbundel precies één hersencel konden activeren. De geactiveerde cellen ontvangen hun informatie van geurreceptoren in de neus en geven deze door aan de diepere laag in het geurcentrum. In deze diepere laag maten de onderzoekers welke hersencellen signalen ontvingen uit de neus. Door met licht specifiek één cel te activeren kon worden bepaald of cellen ‘zusters’ waren die hun input kregen van dezelfde receptor.

Dit was alleen nog maar voorbereiding voor het echt werk. De muizen werden tenslotte met 42 geuren besproeid. De onderzoekers keken ondertussen of de zusterparen meer synchroon reageerden dan willekeurige buren. Het was niet onlogisch dat de ‘zusters’ even vaak vuurden, ze kregen natuurlijk dezelfde input. Toch was er een verrassing. De signalen waren vaak heel anders getimed, ten opzichte van de ademhalingscyclus. Sommige cellen vuurden dus tijdens de inademing, en anderen tijdens uitademing. En dit terwijl ze dezelfde input kregen uit de neus. Als verklaring speculeren de auteurs dat er nog meer informatie binnenkomt, misschien van andere hersencellen in dezelfde laag. Het belang van deze vinding is nog onduidelijk.

Deze paper is waarschijnlijk maar een voorproefje wat er uiteindelijk met deze eiwitten mogelijk is. Het gaat niet lang meer duren voordat muizen het niet licht niet alleen kunnen ruiken, maar ook voelen en proeven.

Credit foto: Karl Deisseroth

Leave a Comment