بيتر مومبايرتس رجل ذو تفضيلات واضحة. فهو يحب الموسيقى الكلاسيكية، كما يستمتع بمراقبة الأرض من الأعلى أثناء قيادة الطائرات الصغيرة بفضل رخصة الطيران التي يحملها كهواية. ويعشق ملمس ملابس الألبكة في فصل الشتاء.
لكن مومبايرتس، الذي يرأس وحدة ماكس بلانك لأبحاث علم الوراثة العصبية في فرانكفورت بألمانيا، يقول إنه لا يملك رائحة مفضلة، رغم أنه أمضى أكثر من 30 عامًا في دراسة حاسة الشم.
تركزت أبحاث مومبايرتس على الطريقة التي يعالج بها الدماغ الروائح، وعلى المجموعة المدهشة من الجينات التي تشفر مستقبلات الروائح لدى الثدييات. يمتلك البشر نحو 400 جين من هذه الجينات، ما يعني أن 2 في المئة من جيناتنا البالغ عددها نحو 20 ألف جين تساعدنا على الشم. وهذه أكبر عائلة جينية معروفة حتى الآن، كما أشار مومبايرتس عام 2001 في مجلة Annual Review of Genomics and Human Genetics. وبعد أكثر من عقدين، لا تزال هذه العائلة الجينية تحتفظ بالرقم القياسي، فيما يواصل مومبايرتس التعمق في علم الوراثة وعلم الأعصاب لفهم كيفية شمّنا للعالم من حولنا.
تحدث مومبايرتس مع مجلة Knowable Magazine عن ما توصل إليه العلماء بشأن الجينات والمستقبلات والخلايا العصبية المشاركة في استشعار الروائح، وعن الألغاز التي لا تزال قائمة. وقد حُررت هذه المقابلة من أجل الاختصار والوضوح.
لماذا بدأت العمل على حاسة الشم؟
عندما كنت أدرس الطب في بلجيكا، موطني الأصلي، خلال ثمانينيات القرن الماضي، أدركت أنني لا أحب كثيرًا العمل مع المرضى. لكن البحث العلمي كان يثير اهتمامي. كنت أريد العمل في علم الأحياء العصبي. حصلت على الدكتوراه في علم المناعة باستخدام الفئران وعلم الوراثة، ثم انتقلت إلى علم الأعصاب. كان هذا المجال هو ما أردت دائمًا العمل فيه، لكن كان عليّ أن أجد الموضوع المناسب والمختبر المناسب والمرشد المناسب. وقد اجتمعت كل هذه العناصر عندما نشرت ليندا باك وريتشارد أكسل ورقتهما البحثية حول اكتشافهما الجينات الخاصة بمستقبلات الروائح.
نُشرت هذه الورقة في مجلة Cell في 5 أبريل 1991، وعندما قرأت الجمل الأولى منها قلت في نفسي: «هذا هو المجال الذي أريد العمل فيه». أصبح أكسل مشرفي خلال مرحلة ما بعد الدكتوراه. وعندما فازت باك وأكسل بجائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 2004، كتبت مقالًا بعنوان «الحب من أول شم» في مجلة New England Journal of Medicine.
كيف تعمل حاسة الشم؟
تستشعر الثدييات البرية، مثل البشر، الروائح المتطايرة التي تصل إليها عبر الهواء. وتنتشر المواد الكيميائية العديدة التي تكوّن الرائحة داخل طبقة المخاط الموجودة في أنوفنا، وتتفاعل مع مستقبلات الروائح الموجودة على الخلايا العصبية الحسية الشمية.
يتفاعل كل مركب عطري مع عدة مستقبلات، وبالمقابل يمكن لكل مستقبل من مستقبلات الروائح أن يتفاعل مع عدة مركبات عطرية. وتولد هذه الخلايا العصبية إشارات كهربائية تنتقل إلى البصلة الشمية في الدماغ، حيث تتم معالجتها ثم إرسالها إلى القشرة الشمية، وهي الجزء من القشرة المخية المسؤول عن حاسة الشم.
هذا هو الأمر باختصار. لكننا لا نعرف حتى الآن كيف نتعرف بالضبط على الموز بوصفه موزًا. وهذه واحدة من الأسئلة الكبرى التي لم تُحل بعد.
لماذا لم نفهم ذلك حتى الآن؟
أعمل في هذا المجال منذ 30 عامًا، وهو سؤال بسيط جدًا لكن إجابته صعبة. هناك العديد من المواد الكيميائية التي تجتمع معًا لتكوين رائحة الموز. ويختلف المزيج الدقيق لهذه المواد الكيميائية ونسبها من موزة إلى أخرى، ومع ذلك فإننا لا نزال نتعرف إليها جميعًا بوصفها موزًا.
يمكن محاكاة رائحة الموز باستخدام جزيئات لا توجد أصلًا في الموز. نحن نعرف مكونات النظام الشمي، أي مستقبلات الروائح والخلايا العصبية الحسية الشمية والمناطق الموجودة في الجهاز العصبي، التي تتيح لنا القيام بذلك. لكننا لا نفهم حتى الآن كيف تعمل هذه العملية بالضبط.
كيف يدرس الباحثون الجهاز الشمي؟
تم اكتشاف جينات مستقبلات الروائح في البداية لدى الجرذان على يد باك وأكسل. وسرعان ما انتقل المجال إلى دراسة الفئران بسبب إمكانية إجراء تعديلات جينية عليها. ومعظم ما نعرفه عن حاسة الشم من حيث علم الأحياء الجزيئي وعلم الأنسجة وعلم وظائف الأعضاء والتشريح يستند إلى دراسات أجريت على الفئران، أو بالأحرى على فئران عُدلت جينيًا.
لكنني أشعر بأن الأجهزة الشمية لدى الفئران والبشر قد تكون مختلفة بما يكفي لتثير تساؤلات حول مدى ما يمكننا معرفته عن حاسة الشم لدى الإنسان من خلال إسقاط النتائج المستخلصة من الفئران على البشر.
تختلف الأنواع اختلافًا كبيرًا في عدد جينات مستقبلات الروائح التي تمتلكها. فالفيلة الإفريقية، على سبيل المثال، لديها أكبر عدد من جينات مستقبلات الروائح، إذ يبلغ عددها نحو 2000 جين، أي ما يقارب ضعف العدد لدى الفئران والكلاب، وخمسة أضعاف العدد لدى البشر. فهل يعني ذلك أنها تتمتع بحاسة شم أفضل؟
إن العدد الهائل من جينات مستقبلات الروائح من النتائج المحيرة التي كشفت عنها الورقة البحثية الرائدة التي نشرها باك وأكسل عام 1991. لكن لا توجد علاقة بسيطة بين عدد الجينات التي تشفر مستقبلات الروائح وبين كفاءة الجهاز الشمي لدى أي نوع من الكائنات.
ولأن جينات مستقبلات الروائح صغيرة جدًا، يبدو أن الأنواع المختلفة قادرة على توسيع مجموعة هذه الجينات أو تقليصها بسرعة نسبية خلال عملية التطور، استجابة لتغير احتياجاتها.
مع وجود هذا العدد الكبير من الجينات المشاركة في حاسة الشم، هل يمكن القول إن امتلاك حاسة شم جيدة صفة يمكن وراثتها؟
لا أعرف أدلة قوية تثبت وجود أساس جيني لحاسة شم «جيدة»، لكن من المحتمل أن يكون لها أساس وراثي بالفعل. ومع وجود 400 جين لمستقبلات الروائح، يصبح من الصعب في الواقع دراسة هذا السؤال.
هناك أشخاص يتمتعون بقدرة عالية جدًا على الشم. وفي صناعة العطور، يُطلق عليهم بالفرنسية اسم nez، أي «أنف». لكنهم ليسوا في الحقيقة «أصحاب حاسة شم خارقة»، بل يتدربون يوميًا. ولا توجد أدلة تثبت وجود أساس جيني لهذه القدرة.
وهناك نسبة صغيرة من البشر يولدون بحالة فقدان خلقي لحاسة الشم، أي من دون حاسة شم وظيفية. وفي جزء من هذه الحالات يكون السبب الجيني معروفًا، كما هي الحال في متلازمة كالمان، لكن السبب في حالات أخرى كثيرة لا يكون معروفًا.
من المثير للدهشة أن العلماء اكتشفوا أن جينات مستقبلات الروائح نشطة، أي يتم التعبير عنها، ليس فقط في الأنف، بل في أماكن أخرى من الجسم أيضًا. فهل يعني ذلك أن هذه الجينات قد تؤدي وظائف تتجاوز مجرد اكتشاف الروائح؟
يبدو ذلك بالفعل. لقد عملت على أحد المستقبلات الذي يُسمى Olfr78، وهو يُعبَّر عنه في عدة أنسجة من الجسم إلى جانب الأنف، مثل البروستاتا والخلايا الميلانينية والجسم السباتي، الذي يساعد على تنظيم التنفس.
وفي الآونة الأخيرة، أبلغت أنا ومتعاونون من مدينة إشبيلية في إسبانيا أن Olfr78 ضروري لنضج الخلايا الموجودة في الجسم السباتي التي تستشعر انخفاض مستويات الأكسجين في الدم. لكننا لا نفهم بعد بالضبط كيف يؤدي Olfr78 هذه الوظيفة.
هل تحمل هذه النتائج أي آثار بالنسبة إلى الطب أو العلاجات؟
في الوقت الحالي، لا أعرف أي تطبيق علاجي طبي لهذه النتائج، وربما يعود ذلك إلى التعقيد المتأصل في حاسة الشم. وفي مرحلة ما، سيأتي علماء أذكياء أو شركة مبتكرة بتطبيق علاجي لهذه المعرفة.
أما الآن، فهذا بحث أساسي يهدف إلى إشباع الفضول ودراسة الجينات والمستقبلات والتطور، من دون أن نعرف بشكل مباشر ما إذا كنا سنتمكن في النهاية من علاج هذا المرض أو ذاك.
لقد درست أيضًا فقدان حاسة الشم الناجم عن فيروس SARS-CoV-2، وإمكانية أن يوفر الجهاز الشمي طريقًا للفيروس إلى الدماغ. ماذا تعلمت؟
كان هناك قلق خاص بشأن احتمال أن يتمكن الفيروس من غزو الدماغ عبر المسار الشمي. فالبصيلات الشمية تقع على بعد بضعة ملليمترات فقط من الغشاء المخاطي الشمي في الأنف، ويفصل بينهما جزء رقيق ومثقّب من عظم الجمجمة، تمر عبره امتدادات الخلايا العصبية الحسية الشمية، أو محاورها العصبية.
لذلك كان من الممكن من حيث المبدأ أن يستخدم الفيروس المسار الشمي للدخول إلى التجويف القحفي، وربما يساهم في حدوث ما نطلق عليه كوفيد طويل الأمد، وبالتحديد الأعراض العصبية المرتبطة بكوفيد.
ظهرت في البداية بعض الأوراق البحثية السريعة والمحدودة التي ادعت أن فيروس SARS-CoV-2 يستطيع إصابة الخلايا العصبية الحسية الشمية لدى البشر. وبين عامي 2020 و2022، أجرينا دراسة كبيرة في مدينة لوفان، مسقط رأسي في بلجيكا، ففحصنا عينات أنسجة من 115 مريضًا توفوا بسبب كوفيد-19 أو أثناء إصابتهم به، وذلك بعد فترة وجيزة من تشخيص العدوى.
بحثنا بدقة عن أدلة على إصابة الخلايا العصبية الحسية الشمية، والبصلة الشمية، والدماغ. ولم نجد أي دليل على ذلك. وأعتقد أن المجتمع العلمي بات يعتقد الآن بالفعل أن SARS-CoV-2 لا يصيب الخلايا العصبية الحسية الشمية لدى البشر.
لكن، وكما نقول بالإنجليزية بطريقة تبدو جميلة جدًا، غياب الدليل لا يعني بالضرورة وجود دليل على الغياب، أليس كذلك؟ لا يمكن للعلم أن يثبت نفي شيء بصورة مطلقة.
إذا كان SARS-CoV-2 لا يصيب الخلايا العصبية الحسية الشمية، فلماذا يفقد الأشخاص المصابون بكوفيد حاسة الشم في كثير من الأحيان؟
تحيط بالخلايا العصبية الحسية الشمية في الظهارة الشمية خلايا تُسمى الخلايا الداعمة، وهي تدعم هذه الخلايا العصبية بطرق لا تزال غير مفهومة جيدًا. وقد أظهرنا أن هذه الخلايا التي لا تحظى عادةً بالاهتمام تُصاب بفيروس SARS-CoV-2.
لذلك يمكن بسهولة تصور أنه عندما تُصاب الخلايا الداعمة بالعدوى، تتأثر الخلايا العصبية الحسية الشمية التي تعتمد عليها في الدعم. فهي لا تعود قادرة على أداء وظائفها بصورة طبيعية، على الأقل لفترة من الوقت. لكننا لا نفهم بعد بالضبط كيف ننتقل من إصابة الخلايا الداعمة إلى فقدان حاسة الشم. لا تزال هناك حلقات مفقودة في سلسلة الأحداث هذه.
ما يثير إعجابي، إذا جاز لي استخدام هذه الكلمة، هو أن فقدان حاسة الشم لدى مرضى كوفيد-19 يمكن أن يحدث بصورة مفاجئة جدًا. فعادةً ما يلاحظ الأشخاص فقدانها في الصباح، وأحيانًا خلال ساعات قليلة. ثم تعود حاسة الشم، في معظم الحالات، خلال فترة تمتد لأسابيع قليلة.
هذا الظهور المفاجئ للأعراض يجعلني أعتقد أننا ربما كنا نبحث عن الآلية بطريقة خاطئة. فقد لا يكون الأمر مرتبطًا كثيرًا بما يحدث في الغشاء المخاطي الشمي، وربما يحدث شيء ما في البصلة الشمية أو في مكان آخر من الدماغ، وربما يكون هناك خلل وعائي، يؤدي إلى اضطراب مفاجئ في حاسة الشم.
هل لا تزال هذه المسألة مهمة؟
الجائحة لم تنتهِ. لقد أعلنت منظمة الصحة العالمية انتهاء مرحلة الطوارئ، لكن أعدادًا كبيرة من الأشخاص لا تزال تُصاب بالعدوى، ولا يزال كثيرون يفقدون حاسة الشم. وقد اعتاد الناس على الأمر إلى درجة أنه لم يعد خبرًا بالنسبة إلى وسائل الإعلام الرئيسية.
نحو شخص واحد من كل 20 إلى شخص واحد من كل 10 أشخاص يفقدون حاسة الشم بالتزامن مع الإصابة بعدوى SARS-CoV-2 لا يستعيدونها، على الأقل خلال الفترة التي استمرت فيها الجائحة. ويبدو أنه إذا لم تعد حاسة الشم بعد ثمانية أسابيع، فقد يستمر الخلل في حاسة الشم لفترة طويلة، وربما حتى نهاية حياة الشخص، من يدري؟
هناك الآن ملايين، وربما عشرات الملايين، من الأشخاص حول العالم الذين يعانون من خلل مزمن في حاسة الشم مرتبط بإصابة سابقة بكوفيد-19. وينبغي لنا، في المجتمعين العلمي والطبي، أن نواصل العمل على فهم الآلية حتى يمكن تطوير علاج يستند إلى فهم عقلاني للمرض.
فحتى وإن كان ضعف حاسة الشم أو تشوهها لا يقتل الإنسان ولا يؤثر مباشرةً في دماغه، فإنه يمكن أن يؤثر بصورة كبيرة في جودة حياته.
بالنظر إلى وجود الكثير من الجوانب الأساسية التي لا يزال العلم يجهلها عن حاسة الشم، هل تقول إن دراسة الجهاز الشمي متأخرة عن أبحاث الحواس الأخرى؟
نعم، أعتقد ذلك. فقد كانت حاسة الشم، إلى جانب التذوق، آخر الحواس التي دخلت إلى التيار الرئيسي لعلم الأعصاب. ويُطلق على كلتيهما اسم «الحواس الكيميائية».
بالنسبة إليّ، ينقسم مجال دراسة حاسة الشم إلى عصرين: ما قبل باك وأكسل عام 1991، وما بعدهما. لقد أصبح هذا المجال ضخمًا جدًا، مع وجود مختبرات كثيرة تعمل عليه.
وقد اختتمنا للتو مؤتمرًا عالميًا في ريكيافيك، آيسلندا، شارك فيه 725 شخصًا من 30 دولة يعملون في مجال الحواس الكيميائية.
بعد 30 عامًا في هذا المجال، ما الأسئلة التي تثير اهتمامك الآن؟
إنها في الواقع الأسئلة نفسها التي كانت تهمني عندما دخلت هذا المجال عام 1993 كباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه لدى ريتشارد أكسل. يمكن صياغتها بسهولة، لكن الإجابة عنها ليست سهلة.
أحدها هو سؤال الموز: لماذا تفوح من الموزة رائحة الموز؟ هناك مئات المركبات التي تنبعث عادةً من الموز، لكن دماغنا يقول: «حسنًا، هذه الرائحة تشبه رائحة الموز».
والسؤال الثاني هو كيف يتم تنشيط جينات مستقبلات الروائح. فالخلية العصبية الحسية الشمية الناضجة تستخدم جينًا واحدًا فقط من هذه الجينات. فكيف تختار الخلية العصبية الشمية واحدًا من هذه الجينات البالغ عددها 1141 جينًا لدى الفأر لتقوم بتنشيطه؟ إنه سؤال مثير للاهتمام للغاية، ولا توجد إجابة حاسمة عنه حتى الآن.
أما السؤال الثالث فيُعرف باسم «توصيل المحاور العصبية». عندما كنت باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه، أظهرت أنه لدى الفئران، ترسل جميع الخلايا العصبية الحسية الشمية التي تعبّر عن جين معين من جينات مستقبلات الروائح محاورها العصبية إلى منطقة محددة واحدة أو إلى عدد قليل من المناطق المحددة في البصلة الشمية، تُسمى الكبيبات الشمية.
وتوجد بضعة آلاف من الكبيبات الشمية في بصلة الفأر الشمية. وكيف تتمكن هذه المحاور العصبية من العثور على الهدف المشترك نفسه داخل البصلة الشمية؟ لا يزال ذلك لغزًا، ولا يزال هذا السؤال يثير اهتمامي حتى اليوم.
