Обнаружены свидетельства того, что основных видов вкуса шесть. Язык реагирует на хлорид аммония — популярный ингредиент некоторых скандинавских конфет.
Белковый рецептор OTOP1, который, как считалось ранее, реагирует только на кислое, активируется и хлоридом аммония. Способность чувствовать вкус хлорида аммония, возможно, появилась у живых организмов для того, чтобы помочь им избегать вредных веществ.
В начале 1900-х годов японский учёный Кикунаэ Икеда (Kikunae Ikeda) предложил добавить к сладкому, кислому, солёному и горькому ещё один основной вкус — умами. Почти через восемь десятилетий научное сообщество официально приняло это предложение.
А сейчас учёные во главе с исследователями из Дорнсайфского колледжа литературы, искусств и наук Университета Южной Калифорнии (USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences) получили доказательства существования шестого базового вкуса.
В ходе исследования, результаты которого описаны в статье, опубликованной 10 октября в Nature Communications, нейробиолог из Дорнсайфского колледжа Эмили Лайман (Emily Liman) и её команда обнаружили, что язык, используя белковый рецептор, сигнализирующий о кислом, реагирует на хлорид аммония.
«Если вы живёте в какой-то скандинавской стране, вы знаете этот вкус, и он может нравиться», — говорит Лайман, профессор биологических наук. В некоторых странах Северной Европы по меньшей мере с начала ХХ века солёная лакрица — популярная конфета. В состав этого лакомства входит салмиак, или хлорид аммония.
Хотя учёные уже десятки лет признают, что язык чётко реагирует на хлорид аммония, специфические рецепторы, которые обеспечивают эту реакцию, оставались, несмотря на обширные исследования, неуловимыми.
Лайман и вся её исследовательская группа верили, что найдут разгадку.
В последние годы они обнаружили белок, ответственный за определение кислого. Это белок OTOP1, который находится внутри клеточных мембран и образует канал для проникновения в клетку ионов водорода.
Ионы водорода — ключевой компонент кислот, а, как известно гурманам всего мира, язык воспринимает как кислое кислоту. Вот почему лимонад (богатый лимонной и аскорбиновой кислотами), уксус (уксусная кислота) и другие кислые продукты, попадая на язык, вызывают ощущение живительной терпкости. Ионы водорода из этих кислых продуктов проникают в клетки вкусовых рецепторов через канал OTOP1.
Поскольку хлорид аммония может влиять на концентрацию внутри клетки кислоты, то есть ионов водорода, команда исследователей задалась вопросом, не может ли он каким-то образом активизировать OTOP1.
В поисках ответа на этот вопрос учёные ввели в выращенные в лаборатории человеческие клетки ген Otop1, чтобы клетки производили белок рецептора OTOP1. Затем исследователи, воздействуя на клетки кислотой или хлоридом аммония, измеряли реакцию.
«Мы увидели, что хлорид аммония действительно представляет собой сильный активатор канала OTOP1, — говорит Лайман. — Активация не хуже или даже лучше, чем в случае с кислотой».
Хлорид аммония выделяет небольшое количество аммиака. Перемещаясь внутри клетки, аммиак повышает её рН, который смещается в сторону щелочного, что означает уменьшение количества ионов водорода.
«Это изменение рН ведёт к притоку протонов через канал OTOP1», — объясняет Цзыюй Лян (Ziyu Liang), аспирант лаборатории Лайман и первый автор исследования.
Чтобы подтвердить, что полученный результат больше, чем всего лишь лабораторный артефакт, учёные применили технологию, позволяющую измерять электропроводность, моделируя передачу нервами сигналов. Используя вкусовые клетки (клетки вкусовых рецепторов) нормальных мышей и мышей, генетически изменённых так, чтобы они не продуцировали OTOP1, исследователи вводили хлорид аммония и измеряли электрические реакции этих вкусовых клеток, называемые потенциалами действия.
На введение хлорида аммония вкусовые клетки обычных мышей отвечали резким ростом потенциалов действия, тогда как вкусовые клетки мышей, у которых отсутствовал OTOP1, не реагировали на данную соль. Это подтвердило гипотезу о том, что OTOP1 реагирует на хлорид аммония, генерируя электрический сигнал в клетках вкусовых рецепторов.
То же самое наблюдала и Кортни Уилсон (Courtney Wilson), ещё один член исследовательской группы, записывая сигналы нервов, иннервирующих вкусовые клетки. По её наблюдениям, у нормальных мышей нервы реагируют на добавление хлорида аммония, а у мышей с отсутствием OTOP1 — нет.
Затем команда сделала ещё один шаг вперёд: изучила реакцию мышей на предложение пить либо обычную воду, либо воду с добавлением хлорида аммония. Для проведения этих экспериментов учёные отключили клетки, реагирующие на горечь, ибо они участвуют и в определении вкуса хлорида аммония. Мыши с функциональным белком OTOP1 находили вкус хлорида аммония непривлекательным и не пили содержащий эту щелочную соль раствор, тогда как мыши, у которых отсутствовал белок OTOP1, не возражали против этой соли даже в очень высоких концентрациях.
«Данные факты стали поистине решающими, — говорит Лайман. — Они показали, что канал OTOP1 необходим для поведенческой реакции на аммоний».
Но учёные ещё не закончили своё исследование. Их интересовало, обладают ли каналы OTOP1 других животных такой же сенситивностью и используются ли для обнаружения аммония. Было установлено, что канал OTOP1 у некоторых видов, по-видимому, чувствительнее к хлориду аммония, чем у других. Человеческие каналы OTOP1 также оказались чувствительными к хлориду аммония.
Итак, чем полезно ощущение вкуса хлорида аммония и почему оно эволюционно закрепилось?
Как предполагает Лайман, способность ощущать вкус хлорида аммония выработалась у организмов для того, чтобы они могли избегать употребления в пищу вредных биологических веществ с высокой концентрацией аммония.
«Аммоний содержится в отходах — вспомним про удобрения — и в некоторой степени токсичен, — объясняет профессор, — поэтому был смысл в появлении у нас вкусовых механизмов для его обнаружения. Куриный OTOP1 гораздо чувствительнее к аммонию, чем OTOP1 аквариумной рыбки данио». По мнению Лайман, такие вариации чувствительности могут отражать различия в условиях жизни разных животных. «Рыба может позволить себе просто-напросто не замечать наличия в воде большого количества аммония, тогда как в курятниках так много аммония, что куры должны избегать его и стараться не употреблять его в пищу».
Однако, подчёркивает профессор, окончательные выводы делать рано. Необходимо продолжить исследование чувствительности разных видов животных к аммонию и причин, по которым каналы OTOP1 у одних видов очень чувствительны, а у других менее чувствительны к аммонию.
Начало этим новым исследованиям уже положено. «Мы идентифицировали участок канала OTOP1, необходимый для реакции на аммоний, — специфическую аминокислоту, — говорит Лайман. — Осуществив на этом единственном участке мутацию, мы делаем весь канал менее чувствительным к аммонию, хотя реакция на кислоту у него остаётся».
Более того, отмечает профессор, поскольку данная аминокислота сохранилась у разных видов, несомненно, имело место селективное давление, стимулировавшее её сохранение. Другими словами, способность канала OTOP1 реагировать на аммоний была важна для выживания животных.
В будущем учёные планируют расширить свои исследования, чтобы выяснить, сохраняется ли чувствительность к аммонию у других представителей семейства отопетринов, которые экспрессируются в других частях тела, в том числе в пищеварительном тракте.
И — кто знает? — дело, возможно, кончится тем, что хлорид аммония присоединится к пяти основным вкусам, в результате чего их официально станет шесть.
Подготовка материала: Александр Горлов