Neus voor gevaar

Chemie kat en muis: één gen maakt het verschil

Als een muis een kat ruikt vermijdt hij deze instinctief. Maar hoe? Uit een studie van de Northwestern Universiteit naar de olfactorische receptoren, die betrokken zijn bij reuk, blijkt dat  één enkel gen verantwoordelijk is voor dit gedrag.

Muizen hebben een neus voor gevaar; angst ontstaat bij muizen namelijk niet zozeer doordat ze gevaar horen, zien of voelen, maar omdat ze gevaar ruiken. Het reukvermogen is voor muizen, en veel andere dieren, cruciaal voor hun overleving.

In tegenstelling tot het gezichtvermogen is er maar relatief weinig bekend over het reukvermogen en hoe receptoren hier aan bijdragen. Kleuren zien we met behulp van drie type lichtgevoelige receptoren en een mutatie in slecht één hiervan kan al leiden tot kleurenblindheid. Gedurende de evolutie zijn deze receptoren dan ook vrijwel onveranderd gebleven. Het olfactorische systeem, ofwel de reukzin, is veel complexer;  de mens heeft zo’n 400 genen die zijn betrokken bij de reuk en muizen hebben er zelfs meer dan 1000. Gezien het enorme aantal geuren dat we bijvoorbeeld als mens kunnen herkennen is het idee dat iedere geur zijn eigen receptor heeft niet heel aannemelijk. De geur van koffie of je favoriete parfum activeert waarschijnlijk meerdere reukreceptoren tegelijk en dit specifieke ‘geurpatroon’ wordt vervolgens door de hersenen herkend.

Het werd dan ook  algemeen aangenomen dat het uitvallen van slechts een enkele reukreceptor geen significant effect zou hebben op het reukvermogen  aldus Thomas Bozza, hoogleraar neurobiologie, in een reactie naar Science Daily.

Geen kattenpis

Om deze theorie te testen maakten Bozza en zijn team gebruik van genetisch gemanipuleerde muizen die een subset aan reukreceptoren, de zogenaamde trace amine-associated receptors ofwel TAARs, misten.  Normaal gesproken hebben muizen 15 verschillende TAARs. Eén ervan bevindt zich in de hersenen en reageert op bepaalde soorten drugs, zoals amfetamine. De andere 14 bevinden zich in de neus en zijn betrokken bij de reuk. Alle zoogdieren inclusief de mens hebben TAAR genen zo blijkt uit studies tot dusver. ‘Het feit dat deze genen zo goed geconserveerd zijn suggereert dat ze van belang zijn voor de overleving’ zegt Bozza.

Trojaanse muis:

Een muis snuffelt in de lucht, ruikt een kat, en rent er vervolgens recht op af?! Deze suïcidale actie wordt veroorzaakt door Toxoplasma gondii. Deze eencellige parasiet infecteert diverse zoogdieren maar kan zich alleen voortplanten in de darmen van een kat. Om hier te belanden manipuleert hij zijn gastheer, in dit geval een muis, zodat deze niet langer angstig is voor de geur van kattenurine. Sterker nog, als de muis lucht krijgt van een kat gaat hij er dus recht op af. De parasiet maakt holtes in de hersenen van de muis en nestelt zich met name in de amygdala. Dit is een gebied in de hersenen dat onder andere de angstreactie regelt. Er is al veel onderzoek gedaan naar het mechanisme waarmee Toxoplasma knaagdieren beïnvloeden maar wat er nu precies in de hersenen gebeurt waardoor de muis ineens zo roekeloos wordt is nog niet bekend.

 TAARs zijn extreem gevoelig voor amines, deze stoffen zijn overal in de natuur terug te vinden en komen in hoge concentraties voor in rottend materiaal. Mens en dier vermijden amines vanwege de onplezierige, ‘rotte vis’ lucht. De genetisch gemanipuleerde muizen zonder TAARs haalden hier echter hun neus niet voor op. In een volgend experiment verwijderden de wetenschappers slechts één specifiek TAAR4 gen. Dit gen codeert voor een reukreceptor die reageert op fenylethylamine, een stof die onder andere in de urine van carnivoren wordt aangetroffen. Muizen vermijden deze geur instinctief, ook de lab muizen die nog nooit een kat hebben gezien of geroken . Leren komt hier niet aan te pas en dat is maar goed ook want als iedere muis door schade en schande wijs zou moeten worden zou deze les hem nog wel eens duur kunnen komen te staan.  Muizen waarbij het TAAR4 gen is verwijderd vertonen opmerkelijk gedrag;  ze deinzen niet langer terug voor de geur van fenylethylamine maar gaan de andere amines nog wel uit de weg. Door slechts één gen te verwijderen zijn de muizen plotsklaps van hun kattenvrees af.

Het team ontdekte verder dat de zenuwcellen in de neus die TAARs tot expressie brengen verbonden zijn met een specifiek deel van de bulbus olfactorius-het deel van de hersenen dat betrokken is bij reuk. Dit suggereert dat de specifieke reactie op amines vastgelegd is in het brein van de muis. Bozza hoopt dan ook met dit onderzoek meer te leren over de rol die bepaalde zenuwbanen spelen bij instinctief gedrag.

Vast staat wel dat als het op ruiken aankomt één gen het verschil kan betekenen tussen leven en dood. En dat is geen kattenpis!

Bronnen:

• Bozza e.a.. Non-redundant coding of aversive odours in the main olfactory pathway. Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature12114

Lees meer over muizen en reuk:

• Kennislink: Gentherapie herstelt reuk in muizen
• Kennislink: dertienhonderd neusjes wachten op een geur
• Eoswetenschap: genetisch gemodificeerde muis ruikt landmijnen