Genetic and environmental influences on human responses to odors

Olfaction, the sense of smell, has many important functions in humans. Human responses to odors show substantial individual variation. Olfactory receptor genes have been identified and other genes may also influence olfaction. However, the proportion of phenotypic variation in odor response due to genetic variation remains largely unknown. Little is also known about which genes modify specific responses to odors. This study aimed to elucidate genetic and environmental influences on human responses to odors. Individuals from Finnish families (n=146) and Australian (n=413), British (n=163), Danish (n=336), and Finnish (n=399) twins rated intensity and pleasantness of a set of 12 (families) or 6 (twins) odors and tried to identify the odors. In addition, the participants rated their own sense of smell and annoyance experienced with different environmental odors. The odor stimuli of a commercial smell test (The Brief Smell Identification Test; banana, chocolate, cinnamon, gasoline, lemon, onion, paint thinner, pineapple, rose, smoke, soap, and turpentine) were presented in the family study. Based on the results of the family study and a literature survey, a new set of odor stimuli (androstenone, chocolate, cinnamon, isovaleric acid, lemon, and turpentine) was designed for the twin studies. In the family sample, heritabilities of the traits were estimated and underlying genomic regions were searched using a genome-wide linkage scan. In the pooled twin sample, variation in the measured traits was decomposed into genetic and environmental components using quantitative genetic modeling. In addition, associations between nongenetic factors (e.g., sex, age, and smoking) and olfactory-related traits were explored. Suggestive evidence for a genetic linkage for pleasantness of cinnamon at a locus on chromosome 4q32.3 emerged from the family sample. High heritability for the pleasantness of cinnamon was found in the family but not the twin study. Heritability of perceived intensity of androstenone odor was determined to be ~30% in the twin sample. A strong genetic correlation between perceived intensity and pleasantness of androstenone, in the absence of any environmental correlation, indicated that only the genetic correlation explained the phenotypic correlation between the traits (r=-0.27) and that the traits were influenced by an overlapping set of genes. Self-rated olfactory function appeared to reflect the odor annoyance experienced rather than actual olfactory acuity or genetic involvement. Results from nongenetic analyses supported the speculated superiority of females' olfactory abilities, the age-related diminishing of olfactory acuity, and the influences of experience-dependent factors on odor responses. This was the first study to estimate heritabilities and perform linkage screens for individual odors. A genetic effect was detected for only a few responses to specific odors, suggesting the predominance of environmental effects in odor perceptions.

Hajuaisti viestii ruoan laadusta ja varoittaa vaaroista. Hajut koetaan kuitenkin hyvin eri tavoin. Hajujen kokemista on pidetty opittuna, mutta myös geneettinen vaihtelu saattaa selittää hajukokemusten yksilöllisyyttä. Tutkimustietoa tästä on niukasti. Hajureseptorien geenit on tunnistettu ja muutkin geenit saattavat olla yhteydessä hajuhavaintoihin. Tutkimuksen tavoitteena oli määrittää perintö- ja ympäristötekijöiden vaikutuksia ihmisen hajuaistimuksiin. Suomalaisten perheiden jäsenet sekä australialaiset, isobritannialaiset, tanskalaiset ja suomalaiset kaksoset, yhteensä yli tuhat henkilöä, arvioivat hajujen voimakkuutta ja miellyttävyyttä sekä yrittivät tunnistaa raaputusliuskoilla esitettyjä hajuja. Perhetutkimuksessa käytettiin kaupallisen hajutestin hajuja (banaani, suklaa, kaneli, bensiini, sitruuna, sipuli, tinneri, ananas, ruusu, savu, saippua ja tärpätti). Kaksostutkimuksia varten suunniteltiin uusi hajuärsykesarja perhetutkimuksen tulosten ja kirjallisuuden pohjalta (androstenoni, suklaa, kaneli, isovaleriaanahappo, sitruuna ja tärpätti). Perheaineistosta määritettiin hajuarvioiden periytyvyys ja etsittiin ominaisuuksiin yhteydessä olevia perimän alueita koko perimän laajuisella seulonnalla. Kaksosaineistoissa tutkittujen ominaisuuksien vaihtelu jaettiin geneettiseen ja ympäristön aiheuttamaan osaan käyttäen geneettistä mallitusta. Lisäksi osallistujat arvioivat oman hajuaistinsa toiminnan ja ympäristön hajujen häiritsevyyden. Myös ei-geneettisten tekijöiden (kuten sukupuoli, ikä ja tupakointi) yhteyksiä hajujen kokemiseen tutkittiin. Kanelin miellyttävyys havaittiin perinnölliseksi perhetutkimuksessa, jossa myös paikannettiin miellyttävyyteen mahdollisesti vaikuttava geenialue kromosomista 4. Kaksostutkimuksessa havaittiin kohtalainen periytyvyys kuitenkin vain androstenonin hajun koetulle voimakkuudelle ja miellyttävyydelle. Sekä androstenonin voimakkuuden että miellyttävyyden taustalla on todennäköisesti samoja geenejä. Omat arviot hajuaistin toiminnasta heijastivat enemminkin hajujen koettua häiritsevyyttä kuin haistamiskykyä tai geneettistä vaikutusta. Ei-geneettisten analyysien tulokset tukivat käsityksiä naisten miehiä paremmasta haistamiskyvystä, ikään liittyvästä hajuaistin heikkenemisestä sekä kokemusperäisistä vaikutuksista hajujen aistimiseen. Tulosten perusteella näyttää siltä, että geenit määräävät vain raamit, joiden puitteissa pääasiallisesti ympäristötekijät muokaavat hajujen aistimista. Hajuaistin joustavuus tiukan geneettisen säätelyn sijaan on voinut lajinkehityksessä tukea sopeutumista uusiin ympäristöihin. Lisätutkimuksia tarvitaan geenien ja ympäristön vuorovaikutuksesta, esimerkiksi siitä, miten hajuille altistuminen vaikuttaa hajureseptorigeenien säätelyyn.