Ученые открыли шестой основной вкус

Помимо хорошо известных вкусов, таких как сладкий, соленый, кислый, горький и умами, недавние исследования показывают, что язык также может определять хлорид аммония в качестве основного вкуса.

Японский ученый Кикунай Икеда впервые предложил умами в качестве основного вкуса в начале 1900-х годов в дополнение к широко известным вкусам, таким как сладкий, кислый, соленый и горький. Научному сообществу потребовалось почти восемьдесят лет, чтобы официально признать его предложение.

Теперь ученые под руководством исследователей из Колледжа литературы, искусств и наук Дорнсайфа Университета Южной Калифорнии получили доказательства существования шестого основного вкуса.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Природные коммуникации, Университет Южной Калифорнии Нейробиолог компании Dornsife Эмили Леман и ее команда обнаружили, что язык реагирует на хлорид аммония через тот же белковый рецептор, который сигнализирует о кислом вкусе.

«Если вы живете в скандинавской стране, вам знаком этот вкус и, вероятно, он вам понравится», — говорит Леманн, профессор биологических наук. В некоторых странах Северной Европы соленая солодка стала популярным десертом, по крайней мере, с начала 1900-х годов. В состав средства входит сальминовая соль или хлорид аммония.

Углубленное исследование реакции языка

Ученым уже несколько десятилетий известно, что язык сильно реагирует на хлорид аммония. Однако, несмотря на обширные исследования, конкретные рецепторы языка, с которыми он взаимодействует, остаются неуловимыми.

Лайман и исследовательская группа подумали, что у них может быть ответ.

В последние годы они Белок обнаружен Отвечает за обнаружение кислого вкуса. Этот белок, называемый OTOP1, расположен внутри клеточных мембран и образует канал для транспортировки ионов водорода в клетку.

Ионы водорода являются основным компонентом кислот, и, как знают гурманы, их чувствует язык. кислый Как кисло. Вот почему лимонный сок (богатый лимонной и аскорбиновой кислотой), уксус (уксусная кислота) и другие кислые продукты при попадании на язык придают кислинку. Ионы водорода из этих кислотных веществ передаются к клеткам вкусовых рецепторов через канал OTOP1.

Поскольку хлорид аммония может влиять на концентрацию кислоты, то есть ионов водорода, внутри клетки, команда задалась вопросом, может ли он каким-то образом стимулировать OTOP1.

Реакции животных и роль OTOP1

Чтобы ответить на этот вопрос, они вставили ген Otop1 в клетки человека, выращенные в лаборатории, чтобы клетки продуцировали белок-рецептор OTOP1. Затем они подвергли клетки воздействию кислоты или хлорида аммония и измерили реакцию.

«Мы увидели, что хлорид аммония является мощным активатором канала OTOP1», — сказал Леман. «Он активирует так же или даже лучше, чем кислоты».

Хлорид аммония выделяет небольшое количество аммиака, который проникает в клетку и повышает pH, делая ее более щелочной, что означает меньшее количество ионов водорода.

«Эта разница в pH запускает поток протонов через канал OTOP1», — объяснил Зию Лян, доктор философии. студент лаборатории Лаймана и первый автор исследования.

Чтобы подтвердить, что их результаты — это нечто большее, чем просто лабораторный артефакт, они обратились к методу измерения электропроводности, имитирующему то, как нервы проводят сигнал. Использование клеток вкусовых почек, взятых у нормальных мышей и мышей, ранее генетически модифицированных в лаборатории. Не производить OTOP1Они измерили, насколько хорошо вкусовые клетки генерируют электрические реакции, называемые потенциалами действия, при введении хлорида аммония.

Популярные скандинавские соленые конфеты из лакрицы содержат щелочную соль хлорида аммония, которая придает конфетам неповторимый вкус. Кредит: Максин Эйхгер

Клетки вкусовых почек мышей дикого типа показали резкое увеличение потенциалов действия после добавления хлорида аммония, в то время как клетки вкусовых почек мышей, лишенных OTOP1, не реагировали на соль. Это подтверждает их гипотезу о том, что OTOP1 реагирует на соль и генерирует электрический сигнал в клетках вкусовых почек.

То же самое произошло, когда другой член исследовательской группы, Кортни Уилсон, записала сигналы нервов, иннервирующих вкусовые клетки. Она увидела, что нервы реагировали на добавление хлорида аммония у нормальных мышей, но не у мышей, лишенных OTOP1.

Затем команда пошла дальше и изучила, как мыши реагировали, когда им предлагали пить простую воду или воду с добавлением хлорида аммония. В этих экспериментах они инактивировали горькие клетки, которые также определяют вкус хлорида аммония. Мыши с функциональным OTOP1 находили вкус хлорида аммония непривлекательным и не пили раствор, в то время как мыши, лишенные OTOP1, не возражали против употребления щелочной соли даже в очень высоких концентрациях.

«Это действительно было решающим моментом», — сказал Леман. «Это показывает, что канал OTOP1 важен для поведенческой реакции на аммоний».

Но ученые на этом не закончили. Они задавались вопросом, будут ли другие животные также чувствительны к каналам OTOP1 и будут ли использовать их для обнаружения аммония. Они обнаружили, что канал OTOP1 в некоторых Классифицировать Похоже, что он более чувствителен к хлориду аммония, чем другие виды. Каналы OTOP1 человека также были чувствительны к хлориду аммония.

Эволюционные последствия

Итак, в чем же вкусовые преимущества хлорида аммония и почему он так эволюционно консервативен?

Леман предполагает, что способность ощущать вкус хлорида аммония, возможно, развилась, чтобы помочь организмам избегать употребления вредных биологических веществ, содержащих высокие концентрации аммония.

«Аммоний содержится в отходах — например, в удобрениях — и довольно токсичен, поэтому вполне логично, что мы развили вкусовые механизмы, чтобы его обнаружить», — объяснила она. Куры OTOP1 более чувствительны к аммонию, чем рыбки данио. Леманн предполагает, что эти различия может отражать различия в условиях окружающей среды. Для разных животных. «Рыбы могут не сталкиваться с большим количеством аммиака в воде, в то время как курятники полны аммония, которого следует избегать и не употреблять в пищу».

Но она предупреждает, что это очень раннее исследование и что необходимы дополнительные исследования, чтобы понять различия видов в чувствительности к аммонию и то, что делает каналы OTOP1 у некоторых видов чувствительными, а другие менее чувствительными к аммонию.

С этой целью они и начали. «Мы определили конкретную часть канала OTOP1 — конкретную аминокислоту — которая необходима для реакции на аммоний», — сказал Леман. «Если мы изменим этот остаток, канал будет не так чувствителен к аммонию, но все равно будет реагировать на кислоту».

Более того, поскольку эта аминокислота консервативна у разных видов, для ее сохранения необходимо давление отбора, говорит она. Другими словами, способность канала OTOP1 реагировать на аммоний должна была быть важна для выживания животных.

В будущем исследователи планируют расширить эти исследования, чтобы понять, сохраняется ли чувствительность к аммонию среди других членов семейства протонов OTOP, которая выражается в других частях тела, включая желудочно-кишечный тракт.

И кто знает? Хлорид аммония может присоединиться к остальным пяти основным вкусам, в результате чего официальное число достигнет шести.

Ссылка: «Протонный канал OTOP1 представляет собой датчик вкуса хлорида аммония» Зию Лян, Кортни Э. Уилсон, Бочуан Тенг, Сью К. Киннамон и Эмили Р. Лиман, 5 октября 2023 г., Природные коммуникации.
дои: 10.1038/s41467-023-41637-4

Исследование финансировалось Национальные институты здоровья.