Вкус - настолько знакомое ощущение, что можно подумать, что ученые уже давно разобрались, как работает чувство. Тем не менее, такие исследования далеки от завершения.
Теперь команда, включающая заслуженного профессора Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Крейга Монтелла, обнаружила первый рецептор кислого вкуса, используемый животным для выбора между различными вариантами пищи. Результаты опубликованы в журнале Cell Reports и могут иметь значение для исследования вкуса, а также для профилактики заболеваний.
До сих пор ученые не знали, какие рецепторы позволяют животным оценивать пищу по кислотности.«У млекопитающих белок под названием Otopetrin1 является кандидатом. Но на самом деле точные рецепторы неизвестны ни у одного животного», - сказал Монтелл. «Это действительно важный вопрос в области вкуса, и я думаю, что мы все заботимся о вкусе. Я имею в виду, что мы все думаем о нем. А вкус чрезвычайно важен не только для удовольствия, но и для выживания». Например, слишком кислая пища может быть испорчена из-за бактериального или грибкового заражения.
В поисках кислого рецептора команда Монтелла предоставила плодовым мушкам выбор между сахаром в чистом виде и сахаром в сочетании с различными концентрациями различных кислот. Затем они установили низкие концентрации различных кислот, которые привлекали животных, и высокие уровни, которые их отталкивали. У многих мух были известные мутации, влияющие на их рецепторные белки, и ученые отслеживали, в какой степени поведение этих мух отличается от поведения их более обычных собратьев.
Команда обнаружила, что белок IR7a необходим мухам для обнаружения уксусной кислоты, активного ингредиента уксуса, и принятия решений на основе концентрации уксусной кислоты. Те, у кого не было белка, не могли распознавать кислоту, однако мутировавший IR7a не влиял на способность животных ощущать какие-либо другие кислоты, протестированные командой.
«Удивительно, насколько узко настроен этот рецептор», - сказал Монтелл. Поскольку команда протестировала ограниченное количество кислот, они не верят, что белок реагирует только на уксусную кислоту. Но даже в этом случае «он все еще узко настроен», добавил Монтелл. «Мы ожидали, что один рецептор будет отвечать за многие кислые соединения».
Но проницательный вкус может иметь свои преимущества. Суть вкуса заключается в сборе информации о потенциальной пище, поэтому способность различать два похожих вещества, таких как уксусная кислота и молочная кислота, должна предоставить плодовым мушкам какую-то важную информацию. Разные кислоты возникают в результате разных типов микробной активности, поэтому Монтелл подозревает, что способность различать разные кислые соединения может позволить мухам искать или избегать пищи с разными типами микробного роста.
Сравните этот узко настроенный кислый рецептор с человеческим сахарным рецептором. Из наших 35 вкусовых рецепторов только один рецепторный комплекс, состоящий из двух разных белков, используется для восприятия всех сахаров. «Это одна из причин, по которой нам очень трудно различать разные типы сладких соединений», - сказал Монтелл. «Они активируют один и тот же рецептор».
Напротив, у нас есть несколько десятков рецепторов горького вкуса, которые обычно соответствуют веществам, которых мы стараемся избегать. Просто существует большее разнообразие химических веществ с горьким вкусом, и многие из них вредны, поэтому нам нужно много рецепторов для обнаружения горьких соединений. У мух те же вкусовые рецепторные клетки, которые обнаруживают горькие соединения, ощущают высокие уровни уксусной кислоты, которых мухи избегают.
Как только группа обнаружила, что мухам нужен IR7a для обнаружения уксусной кислоты, им стало любопытно, достаточно ли этого белка, чтобы самостоятельно производить эту способность. Исследователи вводили его в нейроны мух, которые реагировали на сахар, чтобы увидеть, стали ли они чувствительными к кислоте. Примечательно, что они это сделали. Однако когда ученые ввели IR7a в клетки млекопитающих, выращенные в чашке Петри, клетки не стали чувствительными к уксусной кислоте. Эти результаты свидетельствуют о том, что IR7a работает совместно с другими белками в клетках вкусовых рецепторов для обнаружения уксусной кислоты, что Монтелл планирует продолжить в будущих исследованиях.
«Открытие здесь заключается в обнаружении загадочного типа рецептора, который важен для чего-то очень простого: кислого вкуса», - сказал Монтелл.
Вкусовые и обонятельные рецепторы на самом деле являются одними из наименее консервативных белков у разных животных. «Животные, как правило, живут в среде с различной пищей и опасными химическими веществами. Таким образом, обонятельные и вкусовые рецепторы находятся под очень сильным избирательным давлением, чтобы ощущать определенные химические вещества в среде обитания животного», - объяснил Монтелл.
Хотя рецепторы, подобные IR7a, не сохранились у людей, родственные белки обнаружены у насекомых-переносчиков болезней. Лаборатория Монтелла в настоящее время изучает комаров Aedes aegypti, которые переносят такие болезни, как лихорадка денге, вирус Зика и желтая лихорадка. Самки комаров используют зрение, обоняние, температуру и вкус, чтобы выслеживать людей.
«Я думаю, что очень важно узнать, какие рецепторы есть у насекомых в целом, не только потому, что это интересная фундаментальная наука, но и потому, что это может привести к идеям о том, как контролировать то, как комары привлекают людей», - сказал Монтелл..