Japoński naukowiec Kikunae Ikeda po raz pierwszy zaproponował umami jako podstawowy smak – obok słodkiego, kwaśnego, słonego i gorzkiego – na początku XX wieku. Około osiemdziesiąt lat później społeczność naukowa oficjalnie zgodziła się z nim.
Teraz naukowcy pod kierunkiem badaczy z USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences uzyskali dowody na istnienie szóstego podstawowego smaku.
W badaniach opublikowanych 10 października w Nature Communications neurobiolog z USC Dornsife, Emily Liman i jej zespół, odkryła, że język reaguje na chlorek amonu za pośrednictwem tego samego receptora białkowego, który sygnalizuje kwaśny smak.
„Jeśli mieszkasz w kraju skandynawskim, ten smak będzie ci znany i może ci się spodobać” – mówi Liman, profesor nauk biologicznych. W niektórych krajach Europy Północnej lukrecja solona jest popularnym cukierkiem co najmniej od początku XX wieku. W skład przysmaku wchodzi sól salmiak, czyli chlorek amonu.
Naukowcy od dziesięcioleci uznają, że język silnie reaguje na chlorek amonu. Jednak pomimo szeroko zakrojonych badań, specyficzne receptory języka, które na niego reagują, pozostały nieuchwytne.
Liman i zespół badawczy myśleli, że mogą znać odpowiedź.
W ostatnich latach odkryli białko odpowiedzialne za wykrywanie kwaśnego smaku. Białko to, zwane OTOP1, znajduje się w błonach komórkowych i tworzy kanał dla jonów wodoru przedostających się do komórki.
Jony wodoru są kluczowym składnikiem kwasów, a smakosze na całym świecie wiedzą, że język odbiera kwas jako kwaśny. Dlatego lemoniada (bogata w kwas cytrynowy i askorbinowy), ocet (kwas octowy) i inne kwaśne potrawy nadają posmak cierpkości, gdy dotkną języka. Jony wodoru z tych kwaśnych substancji przedostają się do komórek receptorów smaku poprzez kanał OTOP1.
Ponieważ chlorek amonu może wpływać na stężenie kwasu – czyli jonów wodoru – w komórce, zespół zastanawiał się, czy może w jakiś sposób wywołać OTOP1.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, wprowadzili gen Otop1 do hodowanych w laboratorium komórek ludzkich, tak aby komórki te wytwarzały białko receptorowe OTOP1. Następnie wystawili komórki na działanie kwasu lub chlorku amonu i zmierzyli reakcje.
„Zaobserwowaliśmy, że chlorek amonu jest naprawdę silnym aktywatorem kanału OTOP1” – powiedział Liman. „Aktywuje równie dobrze lub lepiej niż kwasy.”
Chlorek amonu wydziela niewielkie ilości amoniaku, który porusza się wewnątrz ogniwa i podnosi pH, czyniąc je bardziej zasadowym, co oznacza mniej jonów wodorowych.
„Ta różnica pH powoduje napływ protonów przez kanał OTOP1” – wyjaśnił Ziyu Liang, doktorant w laboratorium Limana i pierwszy autor badania.
Aby potwierdzić, że ich wynik nie był tylko artefaktem laboratoryjnym, sięgnęli po technikę pomiaru przewodności elektrycznej, symulującą sposób, w jaki nerwy przewodzą sygnał. Wykorzystując komórki kubków smakowych normalnych myszy i myszy, które w laboratorium zostały wcześniej genetycznie zmodyfikowane tak, aby nie wytwarzały OTOP1, zmierzyli, jak dobrze komórki smakowe generowały reakcje elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi po wprowadzeniu chlorku amonu.
Komórki kubków smakowych myszy typu dzikiego wykazywały gwałtowny wzrost potencjałów działania po dodaniu chlorku amonu, podczas gdy komórki kubków smakowych myszy pozbawionych OTOP1 nie reagowały na sól. Potwierdziło to ich hipotezę, że OTOP1 reaguje na sól, generując sygnał elektryczny w komórkach kubków smakowych.
To samo miało miejsce, gdy inna członkini zespołu badawczego, Courtney Wilson, zarejestrowała sygnały pochodzące z nerwów unerwiających komórki smakowe. Widziała, jak nerwy reagują na dodanie chlorku amonu u normalnych myszy, ale nie u myszy pozbawionych OTOP1.
Następnie zespół poszedł o krok dalej i zbadał, jak myszy reagują, gdy mają do wyboru picie zwykłej wody lub wody z dodatkiem chlorku amonu. Na potrzeby tych eksperymentów wyłączyli gorzkie komórki, które również wpływają na smak chlorku amonu. Myszy z funkcjonalnym białkiem OTOP1 stwierdziły, że smak chlorku amonu jest nieatrakcyjny i nie piły roztworu, podczas gdy myszom pozbawionym białka OTOP1 nie przeszkadzała sól alkaliczna, nawet w bardzo wysokich stężeniach.
„To było naprawdę rozstrzygające wydarzenie” – powiedział Liman. „To pokazuje, że kanał OTOP1 jest niezbędny dla reakcji behawioralnej na amoniak”.
Ale naukowcy nie skończyli. Zastanawiali się, czy inne zwierzęta również byłyby wrażliwe na kanały OTOP1 i wykorzystywałyby je do wykrywania amonu. Odkryli, że u niektórych gatunków kanał OTOP1 wydaje się być bardziej wrażliwy na chlorek amonu niż u innych gatunków. Ludzkie kanały OTOP1 były również wrażliwe na chlorek amonu.
Jaka jest zatem zaleta degustacji chlorku amonu i dlaczego jest on tak konserwatywny ewolucyjnie?
Liman spekuluje, że zdolność smakowania chlorku amonu mogła wyewoluować, aby pomóc organizmom unikać spożywania szkodliwych substancji biologicznych o wysokim stężeniu amonu.
„Amon znajduje się w produktach odpadowych – pomyśl o nawozach – i jest nieco toksyczny” – wyjaśniła, „więc sensowne jest, że rozwinęliśmy mechanizmy smakowe, które go wykrywają. Kurczak OTOP1 jest znacznie bardziej wrażliwy na amon niż danio pręgowany”. Liman spekuluje, że te różnice mogą odzwierciedlać różnice w niszach ekologicznych różnych zwierząt. „Ryby mogą po prostu nie mieć dużych ilości amoniaku w wodzie, podczas gdy kurniki są wypełnione amoniakiem, którego należy unikać i którego nie można jeść”.
Ostrzega jednak, że są to bardzo wczesne badania i potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć różnice międzygatunkowe we wrażliwości na amon i przyczyny, które sprawiają, że kanały OTOP1 niektórych gatunków są wrażliwe, a inne mniej wrażliwe na amon.
W tym celu zrobili początek. „Zidentyfikowaliśmy konkretną część kanału OTOP1 – konkretny aminokwas – który jest niezbędny, aby reagował na amon” – powiedział Liman. „Jeśli zmutujemy tę jedną resztę, kanał nie będzie tak wrażliwy na amon, ale nadal będzie reagował na kwas”.
Co więcej, ponieważ ten jeden aminokwas jest konserwowany u różnych gatunków, musiała zaistnieć presja selektywna, aby go utrzymać, mówi. Innymi słowy, zdolność kanału OTOP1 do reagowania na amoniak musiała być ważna dla przeżycia zwierząt.
W przyszłości naukowcy planują rozszerzyć te badania, aby zrozumieć, czy wrażliwość na amon jest zachowana u innych członków rodziny protonów OTOP, które ulegają ekspresji w innych częściach ciała, w tym w przewodzie pokarmowym.
I kto wie? Być może chlorek amonu dołączy do pozostałych pięciu podstawowych smaków i podniesie oficjalną liczbę do sześciu.