إليك هذا السؤال: كم رائحة مختلفة تظن أن بمقدورك شمّها، أو ربما يمكنك أيضًا تحديدها بدقّة؟ 100؟ 300؟ 1000؟ إحدى الدراسات تُقدّر أن البشر بإمكانهم تحديد ما يقرب من تريليون رائحة مختلفة. تريليون. يصعب تخيّل ذلك، لكن أنفك لديه الآلية الجزيئية لعمل ذلك.
Here's a question for you: how many different scents do you think you can smell, and maybe even identify with accuracy? 100? 300? 1,000? One study estimates that humans can detect up to one trillion different odors. A trillion. It's hard to imagine, but your nose has the molecular machinery to make it happen.
المستقبلات الشمِّية، وهي كاشفات روائح دقيقة، تقبع في أنفك، كل واحد منها ينتظر بصبر حتى يتم تنشيطه من قِبل الرائحة، أو اللَجين، الذي تم تكليفه بكشفه. اتّضح أننا كبشر، مثل كل الفقّاريات، لدينا الكثير من المستقبلات الشمِّية. في الحقيقة، الكثير من حمضنا النووي مخصص لجينات المستقبلات الشمِّية المختلفة أكثر من أي نوع آخر من البروتينات.
Olfactory receptors -- tiny scent detectors -- are packed into your nose, each one patiently waiting to be activated by the odor, or ligand, that it's been assigned to detect. It turns out we humans, like all vertebrates, have lots of olfactory receptors. In fact, more of our DNA is devoted to genes for different olfactory receptors than for any other type of protein.
ما السبب في ذلك؟ هل يمكن للمستقبلات الشمِّية أن تقوم بشيء آخر بالإضافة للسماح لنا بالشّم؟
Why is that? Could olfactory receptors be doing something else in addition to allowing us to smell?
في 1991، ليندا باك وريتشارد أكسل اكتشفا التركيب الجزيئي للمستقبلات الشمِّية، وهو العمل الذي أوصلهما في النهاية إلى جائزة نوبل. في ذلك الوقت، كلنا كنا نفترض أن تلك المستقبلات توجد في الأنف وحسب. لكن، بعد سنة أو ما يقرب من ذلك، أظهر تقرير أن أحد المستقبلات الشمِّية يظهر في نسيج آخر غير الأنف. وبعد ذلك ظهر تقرير آخر مشابه، وآخر غيره. نحن الآن نعرف أن تلك المستقبلات تظهر في جميع أنحاء الجسم، بما في ذلك بعض الأماكن الغير متوقعة تمامًا، مثل العضلات، والكليتين، والرئتين، والأوعية الدموية.
In 1991, Linda Buck and Richard Axel uncovered the molecular identity of olfactory receptors -- work which ultimately led to a Nobel Prize. At the time, we all assumed that these receptors were only found in the nose. However, about a year or so later, a report emerged of an olfactory receptor expressed in a tissue other than the nose. And then another such report emerged, and another. We now know that these receptors are found all over the body, including in some pretty unexpected places -- in muscle, in kidneys, lungs and blood vessels.
لكن ماذا تفعل هناك؟ حسنًا، إننا نعرف أن المستقبلات الشمِّية تقوم بدور مستشعرات كيميائية في الأنف، هذا دورها فى جعلنا نتمتع بحاسة الشّم. اتّضح أنها تقوم أيضًا بدور مستشعرات كيميائية حساسة في الكثير من أجزاء الجسم الأخرى. الآن، أنا لا أقول أن كبِدك يمكنه كشف رائحة قهوتك الصباحية بينما تدخل إلى المطبخ. لكن، بعدما تشرب قهوتك الصباحية، فإن كبِدك قد يستخدم أحد المستقبلات الشمية ليكشف كيميائيًا عن التغيير في معدّل تركيز أحد المواد الكيميائية التي في مجرى دمك.
But what are they doing there? Well, we know that olfactory receptors act as sensitive chemical sensors in the nose -- that's how they mediate our sense of smell. It turns out they also act as sensitive chemical sensors in many other parts of the body. Now, I'm not saying that your liver can detect the aroma of your morning coffee as you walk into the kitchen. Rather, after you drink your morning coffee, your liver might use an olfactory receptor to chemically detect the change in concentration of a chemical floating through your bloodstream.
الكثير من أنواع الخلايا والأنسجة في الجسم تستخدم المستشعرات الكيميائية، أو الكيموسنسورز، لكي تتتبّع معدل تركيز الهرمونات ونواتج الأيض، والجزيئات الأخرى، وبعض من تلك المستشعرات الكيميائية هي مستقبلات شمّية. إن كنت بنكرياسًا أو كلية واحتجت إلى مستشعر كيميائي متخصص يسمح لك بتتبع جزيء معين، فلماذا تعيد اختراع العجلة؟
Many cell types and tissues in the body use chemical sensors, or chemosensors, to keep track of the concentration of hormones, metabolites and other molecules, and some of these chemosensors are olfactory receptors. If you are a pancreas or a kidney and you need a specialized chemical sensor that will allow you to keep track of a specific molecule, why reinvent the wheel?
أحد أوائل الأمثلة للمستقبلات الشّمية الموجودة خارج الأنف أظهر أن الحيوان المنوي البشري يظهر فيه مستقبلات شمية، وأن الحيوان المنوي الذي فيه ذلك المُستقبِل سوف يبحث عن المادة الكيميائية التي يستجيب لها المُستقبِل، أي اللَجين الخاص به. أي أن الحيوان المنوي سيسبح في اتجاه اللَجين. إن لذلك نتائج مثيرة للفضول. هل تتلقى الحيوانات المنوية مساعدة في العثور على البويضة عن طريق شم المنطقة ذات أعلى تركيز لللَجين؟
One of the first examples of an olfactory receptor found outside the nose showed that human sperm express an olfactory receptor, and that sperm with this receptor will seek out the chemical that the receptor responds to -- the receptor's ligand. That is, the sperm will swim toward the ligand. This has intriguing implications. Are sperm aided in finding the egg by sniffing out the area with the highest ligand concentration?
يعجبني هذا المثال لأنه يُظهر بوضوح أن وظيفة المستقبلات الشمية الأساسية هي أن تكون مستشعرات كيميائية، لكن على حسب السياق، فإنها تستطيع التأثير على إحساسك بالرائحة، أو في أي اتجاه سيسبح الحيوان المنوي، وكما تبيّن، فإنها تؤثّر على أنواع عديدة من العمليات الأخرى. المستقبلات الشمية لها دور في انتقال خلايا العضلات، وفي مساعدة الرئة على الإحساس والاستجابة للمواد الكيمائية المستنشقة، وفي علاج الجروح.
I like this example because it clearly demonstrates that an olfactory receptor's primary job is to be a chemical sensor, but depending on the context, it can influence how you perceive a smell, or in which direction sperm will swim, and as it turns out, a huge variety of other processes. Olfactory receptors have been implicated in muscle cell migration, in helping the lung to sense and respond to inhaled chemicals, and in wound healing.
وعلى نحو مشابه، فإن المستقبلات التذوقية، التي كان هناك اعتقاد بوجودها في اللسان فقط أصبح من المعروف الآن أنها تظهر في الخلايا والأنسجة في جميع أنحاء الجسم. وعلى نحو مفاجيء أكثر، أظهرت دراسة حديثة أن مستقبلات الضوء التي في أعيننا تلعب دورًا أيضًا في أوعيتنا الدموية.
Similarly, taste receptors once thought to be found only in the tongue, are now known to be expressed in cells and tissues throughout the body. Even more surprisingly, a recent study found that the light receptors in our eyes also play a role in our blood vessels.
في معملي، نحن نعمل على محاولة فهم أدوار المستقبلات الشمية والمستقبلات التذوقية في الكُلْيَة. الكُلْيَة هي مركز تحكم محوري من أجل التوازن الحيوي. وبالنسبة لنا، فإنه من المنطقي أن يكون أحد مراكز التحكم المحورية للتوازن الحيوي هو مكان يوظّف مستشعرات كيميائية. لقد حددنا عددًا من المستقبلات الشمية والتذوقية المختلفة في الكُلْيَة، وأحدها هو المستقبل الشمي 78، والمعروف أنه يظهر في الخلايا والأنسجة المهمة في تنظيم ضغط الدم. عندما يتم إزالة ذلك المُستقبل في الفئران، فإن ضغطها الدموي يصبح منخفضًا. من المفاجيء أنه قد تم اكتشاف أن هذا المُستقبل يستجيب للمواد الكيميائية المسماة بالأحماض الدهنية قصيرة السلسلة والتي تنتجها البكتيريا الموجودة في أمعائك، أي جراثيمك الأمعائية. إن تلك المواد الكيميائية يتم امتصاصها ونقلها إلى دمك، بعدما تنتجها جراثيمك الأمعائية حيث يمكنها عندئذٍ التفاعل مع المستقبلات مثل المُستقبِل الشمى 78، مما يعني أن التغيرات في نواتج أيض جراثيمك الأمعائية قد تؤثر على ضغطك الدموي.
In my lab, we work on trying to understand the roles of olfactory receptors and taste receptors in the context of the kidney. The kidney is a central control center for homeostasis. And to us, it makes sense that a homeostatic control center would be a logical place to employ chemical sensors. We've identified a number of different olfactory and taste receptors in the kidney, one of which, olfactory receptor 78, is known to be expressed in cells and tissues that are important in the regulation of blood pressure. When this receptor is deleted in mice, their blood pressure is low. Surprisingly, this receptor was found to respond to chemicals called short-chain fatty acids that are produced by the bacteria that reside in your gut -- your gut microbiota. After being produced by your gut microbiota, these chemicals are absorbed into your bloodstream where they can then interact with receptors like olfactory receptor 78, meaning that the changes in metabolism of your gut microbiota may influence your blood pressure.
بالرغم من أننا اكتشفنا عددًا من المستقبلات الشمية والتذوقية المختلفة في الكُلْيَة، فإننا ما زلنا في بداية مرحلة تحديد وظائفها المختلفة واكتشاف أي من المواد الكيميائية التي يستجيب كل مُستقبِل لها. هناك دراسات مشابهة مُنتظَرة للكثير من الأعضاء والأنسجة الأخرى، لأن أقلية محدودة من الستقبلات هي ما تم دراسته حتى الآن. هذه أمور مثيرة. إنها تحدث ثورة في فهمنا لمدى تأثير واحد من حواسنا الخمسة. ولها الإمكانية في تغيير فهمنا لبعض جوانب وظائف الأعضاء البشرية. ما زال الأمر في بدايته، لكن أظننا قد التقطنا رائحة شيء لنتبعه.
Although we've identified a number of different olfactory and taste receptors in the kidney, we've only just begun to tease out their different functions and to figure out which chemicals each of them responds to. Similar investigations lie ahead for many other organs and tissues -- only a small minority of receptors has been studied to date. This is exciting stuff. It's revolutionizing our understanding of the scope of influence for one of the five senses. And it has the potential to change our understanding of some aspects of human physiology. It's still early, but I think we've picked up on the scent of something we're following.
(ضحِك)
(Laughter)
شكرًا لكم.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)