Wie die Nase Düfte richtig zuordnet

Wien. Der Geruchssinn ist der älteste der Evolution. Noch bevor Lebewesen in den Tiefen der Meere einander hören und sehen konnten, waren sie fähig, einander zu riechen. Das Riechvermögen hatte somit von allen Sinnen am längsten Zeit, um sich zu entwickeln.

Die menschliche Nase kann eine Trillion verschiedener Düfte, Gerüche und Gestänker unterscheiden. Für dieses Kunststück benötigt sie zehn Millionen spezialisierte Nervenzellen, genannt Neuronen, jedoch eine Familie von nur 400 Genen. Wie diese endenwollende Anzahl an olfaktorischen Genen zusammenspielt, um spezielle Noten aus einer unendlich erscheinenden Geruchsvielfalt herauszuklauben, war der Wissenschaft bisher ein Rätsel. "Bisher ging man davon aus, dass sehr komplexe Mechanismen dahinterstehen", betont das Team der Columbia University im Fachmagazin "Nature". Die Lösung entpuppte sich als Wunder der Natur. Sie liegt im Einfallsreichtum der Nervenzellen. Wie sich zeigt, können diese sich nämlich im dreidimensionalen Raum ständig neu ordnen und somit die Genaktivität auf sehr vielfältige Weise steuern. "Wir haben einen genetischen Mechanismus gefunden, der es ermöglicht, dass eine beschränkte Anzahl an Genen eine fast unendliche Anzahl an Düften unterscheiden kann", wird Erstautor Stavros Lomvardas von der Columbia in einer Aussendung zur Studie zitiert.

Die Geruchsrezeptoren in der Nase müssen Gerüche nicht bloß identifizieren, sondern auch erkennen, wie intensiv diese sind, ausmachen, ob sie schon einmal gerochen wurden und wissen, ob sie angenehm oder toxisch sind. Olfaktorische Rezeptor-Neuronen - spezielle Nervenzellen, die sich von der Nase in das Gehirn schlängeln - machen dies möglich. Obwohl jedes Neuron die gesamte Palette der 400 olfaktorischen Gene besitzt, ist aber immer nur ein Gen pro Nervenzelle aktiv. Der Zufall scheint auszuwählen, welches Gen jeweils die Arbeit aufnimmt.

Dieses ungewöhnliche Muster haben Lomvardas und sein Team an Mäusen untersucht. Die Nager besitzen 1000 olfaktorische Gene, was für einen stärker ausgeprägten Geruchssinn als beim Menschen spricht. Mit einem speziellen Verfahren der Genom-Sequenzierung namens Hi-C konnten die Forscher sichtbar machen, dass sich Gruppierungen von Genen auf verschiedenen Chromosomen zu einander bewegen, bevor sie das eine Gen im Haufen auswählen, das tätig wird - und dass dieser Prozess äußerst flexibel ist.

Der für die Forscher unerwarteten Interaktion von Genen auf unterschiedlichen Chromosomen sei die Präzision des Geruchssinnes zu verdanken. "Ein ähnlicher Austausch ist auch für die Entstehung von Krebs verantwortlich", so Lomvardas. Seine Erkenntnisse könnte für mehrere Fachdisziplinen von Bedeutung sein.