راز ژنتیکی بوی مارچوبه؛ چرا فقط حاملان جهش گیرنده OR2M7 بوی تند تیول‌ها را حس می‌کنند؟

یک جهش ژنتیکی منفرد تعیین می‌کند که آیا فرد می‌تواند ترکیبات گوگردی تند ناشی از مصرف مارچوبه را در ادرار خود حس کند یا نه. اگرچه هضم این گیاه به شکلی همگانی باعث تولید تیول‌های فرار در بدن انسان می‌شود، اما تنها دارندگان یک دگره ویژه در ژن گیرنده بویایی OR2M7 به حسگر زیستی لازم برای بوئیدن آن‌ها مجهزند.[1][3]

قرن‌هاست که بوی منحصربه‌فرد ادرار پس از خوردن مارچوبه، مهمانان میز شام را به دو دسته تقسیم کرده است. گروهی بلافاصله بویی تند و شبیه به کلم پخته حس می‌کردند، در حالی که گروه دیگر واقعاً هیچ چیز غیرعادی استشمام نمی‌کردند؛ وضعیتی که به سردرگمی گسترده بر سر واقعی یا خیالی بودن این پدیده دامن می‌زد.

این اختلاف نظر، بحثی زیست‌شناختی و دیرینه را میان پزشکان و شیمی‌دانان برانگیخت. دانشمندان در پی این پرسش بودند که آیا ناتوانان در حس بو صرفاً دستگاه گوارشی متفاوتی دارند که ترکیبات بودار را پیش از دفع تجزیه می‌کند، یا اینکه بینی آن‌ها با وجود حضور مولکول‌های شیمیایی، به‌کلی در برابر این رایحه کور است.

توالی‌یابی نوین ژنوم با مکان‌یابی این مرز حسی روی یک کروموزوم خاص، پاسخ قطعی به این معما داد. اکثریت قریب به اتفاق انسان‌ها ترکیبات متابولیکی گوگردی کاملاً یکسانی را دفع می‌کنند، اما حدود ۶۰ درصد از جمعیت فاقد گیرنده بویایی فعالی هستند که برای شناسایی این مولکول‌ها در هوا مورد نیاز است.[1]

شیمی اسید مارچوبه‌ای

این فرایند با «اسید مارچوبه‌ای» آغاز می‌شود؛ ترکیبی گوگرددار و منحصربه‌فرد که تنها در بوته مارچوبه یافت می‌شود. به محض مصرف، دستگاه گوارش انسان این اسید را به‌سرعت به مجموعه‌ای از فراورده‌های جانبی فرار تبدیل می‌کند که بدن ملزم به پالایش و دفع آن‌هاست.

شناخته‌شده‌ترین این فراورده‌های جانبی متان‌تیول و دی‌متیل سولفید هستند. از آنجا که این مولکول‌ها فراریت بالایی دارند، در دمای اتاق به‌آسانی تبخیر می‌شوند و مسیر کوتاهی را از مایع درون کاسه دستشویی تا حفره بویایی بینی انسان می‌پیمایند.[1]

تبدیل متابولیکی این سبزی تقریباً در مجرای گوارشی تمام انسان‌ها با بازدهی خیره‌کننده‌ای رخ می‌دهد. ترکیبات گوگردی وارد جریان خون شده، از سامانه کلیوی می‌گذرند و ظرف ۱۵ تا ۳۰ دقیقه پس از مصرف، در ادرار دفع‌شده ظاهر می‌شوند.

بنجامین فرانکلین در سال ۱۷۸۱ در مقاله‌ای پیرامون زیست‌شناسی انسان، ویژگی همگانی این فرایند گوارشی را ثبت کرد. او با این فرض که این حس تند برای همه مشترک است، نوشت: «خوردن چند ساقه مارچوبه بویی ناخوشایند به ادرار ما خواهد داد».

با این حال، تحلیل‌های شیمیایی مدرن روی نمونه‌های ادرار صدها فرد نشان داد که این متابولیت‌ها حتی در بدن افرادی که ادعا می‌کنند بویی حس نکرده‌اند نیز حضور دارند. بنابراین تولید مواد شیمیایی بخشی از کارکرد عادی دستگاه گوارش انسان است و تفاوت اصلی در گیرنده‌های حسی نهفته است، نه دستگاه هاضمه.[1]

مکان‌یابی جهش آنوسمی

جهش علمی در درک این شکاف بویایی در سال ۲۰۱۶ با یک مطالعه بزرگ همبستگی سراسر ژنوم (GWAS) در نشریه The BMJ رقم خورد. پژوهشگران دانشکده بهداشت عمومی تی‌اچ چان هاروارد داده‌های پرسشنامه‌ای دقیق و نمونه‌های ژنتیکی ۶۹۰۹ داوطلب با تبار اروپایی را بررسی کردند.[1]

در این مطالعه از داده‌های دو پروژه بزرگ رهگیری سلامت یعنی «مطالعه سلامت پرستاران» و «مطالعه پیگیری متخصصان سلامت» استفاده شد. از شرکت‌کنندگان پرسیده شد که آیا پس از خوردن مارچوبه بوی ویژه‌ای حس می‌کنند یا خیر، و پاسخ‌های آنان با مشخصات ژنتیکی توالی‌یابی‌شده‌شان تطبیق داده شد.[1]

یافته‌ها حاکی از آن بود که «آنوسمی مارچوبه» — یعنی ناتوانی ویژه در حس این متابولیت‌ها — در واقع حالت غالب در جمعیت انسان است. داده‌ها نشان داد که ۵۸٫۰ درصد از مردان و ۶۱٫۵ درصد از زنان این جمعیت عظیم قادر به تشخیص هیچ بویی نبودند.[1]

تیم پژوهشی با کاوش در دی‌ان‌ای شرکت‌کنندگان، ۸۷۱ چندشکلی تک‌نوکلئوتیدی (SNP) یافتند که همبستگی نیرومندی با این ناتوانی بویایی گزارش‌شده داشت. تک‌تک این نشانگرهای ژنتیکی در منطقه‌ای ویژه روی کروموزوم ۱ موسوم به 1q44 جمع شده بودند.[1]

سارا سی. مارکت، پژوهشگر ارشد این مطالعه نوشت: «یافته‌های ما ژن‌های نامزد مهمی را برای پژوهش‌های آینده در زمینه ساختار و عملکرد گیرنده‌های بویایی معرفی می‌کند»، و تأکید کرد که این ناحیه ژنتیکی نحوه برقراری ارتباط مغز انسان با ترکیبات شیمیایی موجود در هوا را کنترل می‌کند.[1]

گیرنده OR2M7

این نشانگرهای ژنتیکی دسته‌ای از ژن‌های خانواده «گیرنده بویایی ۲» (OR2) را هدف گرفتند. به طور مشخص، قوی‌ترین پیوند مربوط به یک چندشکلی تک‌نوکلئوتیدی با شناسه rs4481887 بود که در مجاورت مستقیم ژن OR2M7 قرار دارد.[1][3]

ژنوم انسان دستورالعمل ساخت حدود ۴۰۰ نوع گیرنده بویایی گوناگون را در خود دارد. این پروتئین‌های تخصص‌یافته در انتهای میلیون‌ها نورون حسی در حفره بینی می‌نشینند و درست همانند قفل‌های زیستی عمل می‌کنند که تنها با چرخیدن کلید مولکولی مختص به خود گشوده می‌شوند.[3]

به نظر می‌رسد گیرنده OR2M7 در روند فرگشت تنظیم شده تا به متان‌تیول و ترکیبات گوگردی وابسته به آن متصل شود. زمانی که گیرنده یکی از این مولکول‌ها را به دام می‌اندازد، پیامی الکتریکی به مغز مخابره می‌کند که در قالب بویی گوگردی و زننده ادراک می‌شود.[3]

اما جهش rs4481887 رمز ژنتیکی پیرامون این گیرنده را تغییر داده و نحوه بیان آن را دستخوش دگرگونی می‌کند. افرادی که آلل «A» را در این موقعیت دارند، گیرنده‌های کارآمدی می‌سازند که تیول‌ها را به دام می‌اندازد و امکان بوییدن شفاف این متابولیت‌ها را به آن‌ها می‌دهد.[1][2]

در مقابل، کسانی که حامل آلل «G» هستند، تغییر ساختاری دارند که گیرنده‌شان را در برابر متان‌تیول کاملاً ناکارآمد می‌سازد. در غیاب قفلی سازگار با این کلید مولکولی، مغز هرگز پیامی دریافت نمی‌کند و بوی ادرار برای این افراد کاملاً طبیعی به نظر می‌رسد.[1][2]

ریشه‌های فرگشتی و ابهامات

شیوع بالای جهش عامل این ناتوانی، معمایی فرگشتی و شگفت‌انگیز را پیش پای ژنتیک‌دانان گذاشته است. از آنجا که حدود ۶۰ درصد از جمعیت مطالعه‌شده حامل گونه غیرفعال هستند، پژوهشگران در این باره بحث می‌کنند که آیا توانایی حس تیول‌ها یک صفت نیاکانی رو به زوال است یا دستاوردی ژنتیکی و نوین محسوب می‌شود.[4]

کرپویی‌های ویژه (آنوسمی‌های گزینشی) در زیست‌شناسی انسان نسبتاً رایج هستند، به‌ویژه در رابطه با بوهای معنادار زیستی مانند عرق، مشک و هورمون‌های استروئیدی. از دست رفتن یک نوع گیرنده به ندرت بقای فرد را تهدید می‌کند، امری که به جهش اجازه داده طی هزاره‌ها در جمعیت پخش شود.[4]

برخی از ژنتیک‌دانان بر این باورند که گیرنده OR2M7 احتمالاً نخستین بار برای کشف ترکیبات سمی گوگرددار در مواد غذایی فاسد یا آب آلوده فرگشت یافته بود. بر پایه این نظریه، واکنش شدید آن به متابولیت‌های بی‌خطر مارچوبه تنها یک همزمانی زیستی است، نه یک سازوکار هشداردهنده از پیش طراحی‌شده.[4]

جمعیت مورد مطالعه سال ۲۰۱۶ مجله BMJ بیشتر از افراد با تبار اروپایی تشکیل شده بود و توزیع جهانی جهش rs4481887 هنوز به‌خوبی بررسی نشده است. از آنجا که فراوانی آلل‌ها در جوامع گوناگون تفاوت فاحشی دارد، نرخ ۶۰ درصدی آنوسمی شاید در سراسر جهان یکدست نباشد.[1][4]

پیش از آن، پژوهشی در سال ۲۰۱۰ به سرپرستی نیکلاس اریکسون در شرکت 23andMe با تحلیل داده‌های ۴۷۲۷ نفر، دقیقاً به همین همبستگی با ناحیه OR2M7 رسیده بود. این بازتولید مستقل، نقش این گیرنده را در بستر داده‌ها و روش‌شناسی‌های کاملاً مجزا تثبیت کرد.[2]

این تنوع ژنتیکی، ذهن‌بنیاد بودن تجربه حسی انسان را برجسته می‌سازد. دو نفر می‌توانند در یک اتاق ایستاده و هوای یکسانی را نفس بکشند، اما بر پایه دگرگونی در تنها یک نوکلئوتید از زنجیره دی‌ان‌ای خود، دو واقعیت شیمیایی کاملاً ناهمسان را درک کنند.[4]

در نهایت، وجود یا فقدان جهش در گیرنده OR2M7 هیچ پیامد بالینی یا مزیت متابولیکی به دنبال ندارد. این ویژگی یک تفاوت ژنتیکی بی‌خطر باقی می‌ماند که تنها کارکردش تعیین این نکته است که چه کسی بوی پیامدهای شیمیایی خوردن یک سبزی بهاری را حس می‌کند.[4]