Wenn Mäuse Katzenurin riechen, reagieren sie prompt: sie flüchten. Ihr Leben hängt davon ab, den charakteristischen Duft zu erkennen und entsprechend zu handeln. US-Forscher haben jetzt entdeckt, dass diese Fähigkeit von nur einem einzigen Gen abhängt. Ist dieses defekt, ignoriert die Maus den warnenden Duft. Das Besondere daran: Bisher glaubte man, dass Säugetiere Düfte erst durch eine Kombination mehrerer unterschiedlicher Rezeptoren und Gene identifizieren. An den Mäusen zeigt sich nun, dass unser Geruchsinn zumindest in einigen Bereichen doch einfacher verschaltet ist als bisher angenommen.
Der Geruch ist einer unserer ursprünglichsten Sinne. Die Signale der Riechzellen gelangen so direkt in unser Gehirn wie kaum ein anderer Sinnesreiz. Doch die genaue Funktionsweise und genetische Steuerung des Geruchssinns sind bisher nur in Teilen geklärt. Bekannt ist, dass es beim Menschen rund 350 verschiedene Rezeptoren gibt, die jeweils auf ein bestimmtes Duftmolekül reagieren. Diese Rezeptoren sind auf rund 20 Millionen Riechzellen in den Schleimhäuten unserer Nasenhöhlen verteilt. Jeder dieser Sensoren ist direkt mit dem Gehirn verbunden ohne zwischengeschaltete Relaisstationen. Die Leitungen enden im Riechhirn nach Typ gebündelt: Alle Rezeptoren eines Typs senden ihre Signale an jeweils eine kugelförmige Ansammlung von Gehirnzellen, den Glomerulus. Riechen wir nun einen aus mehreren chemischen Komponenten zusammengesetzten Duft, beispielsweise den einer frisch erblühten Rose, reagieren mehrere Riechrezeptoren darauf und mehrere Glomeruli werden aktiv. Das spezifische Muster dieser Aktivierung ist es, die uns dann letztlich den Duft erkennen lässt.
Fluchtreaktion als Testfall
So weit, so bekannt. “Unklar ist jedoch bisher, wie stark einzelne Rezeptorgene zur Geruchswahrnehmung beitragen, erklären Adam Dewan von der Northwestern University in Evanston und seine Kollegen. Nach gängiger Theorie werde ein Duft im Riechkolben durch zahlreiche überlappende, sich ergänzende Glomeruli-Signale repräsentiert. Der Ausfall nur eines Rezeptorgens dürfe daher keine schwerwiegenderen Folgen haben. Aber ist das tatsächlich so? Um diese Frage zu klären, prüften die Forscher dies an einer besonders auffallenden Geruchsreaktion bei Mäusen: Nehmen diese den beißenden Geruch bestimmter Substanzen im Katzenurin war, löst dies sofort eine Fluchtreaktion aus. Aus Experimenten mit Zellkulturen war bereits bekannt, dass dieser Geruch eine bestimmte Gruppe von Rezeptoren und ihre Gene aktiviert, die sogenannten Taar-Gene.
Dewan und seine Kollegen prüften nun systematisch, wie es die Fluchtreaktion von Mäusen beeinflusst, wenn bei ihnen alle oder auch nur einzelne Taar-Gene ausgeschaltet werden. In den Versuchen ließen sie die per Genmanipulation erzeugten Mausvarianten an den Inhaltsstoffen des Katzenurins schnuppern und beobachteten ihre Reaktion. In weiteren Versuchen betäubten sie einige Mäuse und beobachteten, ob der Duft von Katzenurin einzelne, mit einem fluoreszierenden Marker versehene Taar-Gene aktivierte.
Geruchsblind bei Genverlust
Das Ergebnis: Die Mäuse, bei denen die Taar-Gene ausgeschaltet worden waren, ignorierten den Katzenurin und zeigten keinerlei Fluchtreaktion mehr, wie die Forscher berichten. Aber nicht nur das: Schon die Blockade nur eines bestimmten Gens, des Taar-4-Gens, reichte aus, um die Mäuse geruchsblind für den Schreckstoff zu machen.
“Das zeigt, dass die Wahrnehmung dieses Dufts im Riechsystem nicht redundant kodiert ist, denn schon der Verlust nur eines Gens hat signifikanten Einfluss auf die Verhaltensreaktion”, konstatieren Dewan und sein Kollegen. Das aber widerspreche der gängigen Annahme, nach der der Verlust nur eines Rezeptorgens im Riechsystem kaum Auswirkungen haben dürfte – und schon gar nicht auf ein so wichtiges Verhalten wie die Fluchtreaktion. Nach Ansicht der Forscher liefert dies wichtige Erkenntnisse auch für das Verständnis der Geruchswahrnehmung anderer Säugetiere – und auch des Menschen.
Adam Dewan (Northwestern University,Evanston) et al., Nature, doi: 10.1038/nature12114 © wissenschaft.de – ===Nadja Podbregar
