Драже всех вкусов Берти Боттс

Кладя в рот одно из драже Берти Боттс, вы играете в гастрономическую рулетку. Как предупреждает нас реклама мирового чемпионата по квиддичу, вы делаете это на свой страх и риск. Каждое драже имеет разный вкус, и вы можете оказаться во вкусовом раю, аду или где-то посередине. Драже может иметь резкий вкус шербета с лимоном, который обожает Дамблдор. Но еще оно может иметь вкус карри, перца, потрохов, травы и даже брюссельской капусты.

Представьте, что вы попробовали такое драже. "Фу, ужасный вкус рвоты, смешанный с запахом экскрементов. О, мягкий вкус овсяной каши. Хм... потрясающий вкус ириса с теплым сливочным пивом, как будто только что приготовленного мадам Розмертой!" Но сразу становится ясно, что определяющую роль играет не только вкус еды. Лишь когда аромат драже попадает в ваш нос, раскрываются все вкусовые составляющие. Это вам подтвердит любой человек, заболевший простудой.

Теперь мы знаем, что вкус состоит не только из ощущений на вкусовых бугорочках языка при дегустации. Запах (обоняние) и "чувство во рту" также играют свою роль - и даже цвет пищи может повлиять на наше восприятие вкуса. Создание мультивкусовых драже Берти Боттс не кажется таким уж удивительным ученым из этой области, поскольку за последние годы сделано много открытий в плане понимания того, что происходит во рту, носу и мозге, когда мы едим. Стало возможным, по крайней мере в теории, создать любой вкус в лабораторных условиях.

При описании вкуса мы используем четыре термина: соленый, горький, сладкий и кислый. Сегодня ученые говорят о том, что есть и пятый вкус - umami, пряный. Это вкус глютамата натрия, одной из двадцати аминокислот, которая входит в состав протеинов в мясе, рыбе и бобовых культурах.

Первое восприятие вкуса происходит на вкусовых бугорочках языка и мягком нёбе. Большинство сенсоров расположены в небольших бугорках, благодаря которым язык выглядит бархатистым. Однако у большинства бугорков отсутствуют вкусовые сенсоры, и они отвечают лишь за тактильные ощущения - присутствие еды во рту и ее перемещение. Хотя многие считают, что разные части языка отвечают за разные вкусы, это лишь неправильная интерпретация исследований XIX века: меняется лишь чувствительность, но в любой части языка можно ощутить любой вкус.

Каждый вкусовой бугорочек состоит почти из ста вкусовых клеток. На вершине каждой находится вкусовая пора, из которой выступают микроворсинки. Когда Гарри жует драже, оно выделяет химические вещества, отвечающие за вкус, которые попадают в поры. Там они взаимодействуют с молекулами на микроворсинках-рецепторах. Когда вещество активирует соответствующий вкусовой рецептор, он запускает каскад химических реакций во вкусовых клетках, которые завершаются восприятием вкуса пищи мозгом.

Что происходит на молекулярном уровне, когда Гарри попадается горькое драже, например разновидность брюссельской капусты? Начало этого процесса изучали Чарльз Цукер из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Николас Рыба из Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований и Линда Бак из Медицинской школы Гарварда. Они выяснили, где именно происходит первая регистрация горького вкуса, то есть определили белок рецептора вкусового бугорочка, связанного с горькими веществами. Это так называемые Т2Я/ТВВ-рецепторы. Эксперименты показали, что рецептор, реагирующий с одной разновидностью горького вещества, игнорирует другие горькие компоненты. Это объясняет, почему таких рецепторов существует около двадцати пяти: ни один рецептор не сможет распознать такое разнообразие вкусов. Но зачем нам столь сложная молекулярная структура, чтобы узнавать вкус, который мы не любим? Причиной переизбытка горьких рецепторов является необходимость выживания. Почти любой природный яд или токсин имеет горький вкус. Восприятие горького вкуса "эволюционировало с целью предупредить нас об опасности", полагает Цукер.

Несмотря на наличие двадцати пяти горьких рецепторов на языке, мы не различаем двадцать пять горьких вкусов или двадцать пять вариантов горького драже, поскольку все двадцать пять рецепторов посылают сигналы через один центральный белок - густдуцин, который был открыт Робертом Маргольски из Медицинской школы Маунт-Синай. Находящийся внутри вкусовых клеток густдуцин работает как молекулярный переключатель, который активирует вкусовые клетки, чувствительные к горькому вкусу, когда любой из двадцати пяти горьких рецепторов сталкивается с брокколи, касторовым маслом или каким-нибудь другим горьким продуктом. Генетически модифицированная мышь, у которой нет густдуцина, с удовольствием поглощает самую горькую пищу, как если бы это был сыр или сахарная вата. Наша неспособность отличить одно горькое вещество от другого лишь подчеркивает выгодность такого подхода для выживания. Главное, что мы способны, благодаря густдуцину, узнавать любой горький вкус, но при этом мы не должны еще и различать потенциально опасные вещества.

В исследовании рецепторов других вкусов также был достигнут существенный прогресс. Для тех, кто любит сладкое, несколько исследовательских групп - включая команду Линды Бак, Роберта Маргольски и его коллег и ученых из компании Senomyx, занимающейся вкусовыми добавками и отдушками, - обнаружили потенциальный рецептор сладкого, ген T1R3, то есть "вкусовой рецептор семейства 1, номер 3". У мышей с пристрастием к сладкому один тип Т1R3, а у тех, которые избегают сладкого, - другая его разновидность. Дэниель Рид вместе с коллегами из Монелловского центра химического восприятия в Филадельфии обнаружили, что люди с особой формой Т1R3 обожают все виды сладкого. Чарльз Цукер и его коллеги говорят, что Т1R3 действует в паре с другим геном - T1R2. Соответственно рецептор пряного может представлять собой комбинацию двух генов-T1R1 HT1R3.

Вкус драже Берти Боттс во многом зависит от взаимодействия между сотнями различных молекул, которые поступают в воздух из драже. Эти запахи взаимодействуют с клеточными рецепторами носа. Обонятельная система человека позволяет нам распознавать до десяти тысяч различных запахов.

Когда запах попадает в носовую полость, он сталкивается с обонятельным эпителием - набором клеток, содержащим около пяти миллионов обонятельных нейронов, в которых есть специальные рецепторы, распознающие запахи. Когда белок рецептора соединяется с попавшими в нос молекулами, запускается каскад биохимических реакций, которые заканчиваются в мозгу, где происходит регистрация запаха.

Но как именно мы различаем запахи? Казалось бы, чтобы различать весь спектр ароматов, начиная от тыквенного пирога, заканчивая корицей и запеченной ушной серой, необходимо иметь отдельный рецептор для каждого из запахов. Но тогда рецепторов будет слишком много, при том что число различимых запахов достигает десяти тысяч. Поскольку каждый белок описывается своим геном, одну треть наследственного кода человека, состоящего примерно из тридцати тысяч генов, пришлось бы отдать рецепторам, распознающим запахи. Это крайне нерационально.

Напротив, должно быть всего несколько типов рецепторов. В таком случае каждый из них узнавал бы множество запахов, реагируя на каждый аромат особым образом. Эта система более эффективна и имеет известный прецедент. Аналогичным образом наши глаза различают цвета, хотя у нас есть всего три типа цветовых рецепторов. Сравнивая показания всех трех, мозг приписывает разные нервные сигналы оттенкам спектра. Из работ Линды Бак и ее коллег стало ясно, что каждый нейрон в обонятельном эпителии создает лишь один из тысячи типов обонятельных рецепторов на поверхности эпителия.

Существует сложная взаимосвязь между пахучими молекулами драже и включением рецепторов. Один рецептор распознает несколько запахов, но один запах распознается множеством рецепторов, а разные запахи распознаются различными комбинациями рецепторов. Иными словами, благодаря множеству комбинаций сотни рецепторов распознают тысячи различных запахов.

Любое изменение в химической структуре запаха активирует различные комбинации рецепторов. Таким образом, октанол пахнет как апельсин, но его близкая химическая "родственница" каприловая кислота имеет сладкий запах. Аналогично большая порция химического вещества возбуждает большее количество рецепторов, чем то же вещество в небольшом количестве. Это объясняет, почему в больших объемах индол пахнет гнилью, хотя в малом объеме он напоминает запах цветов.

Когда молекулы запаха соединяются с рецепторами обонятельного эпителия, сигнал от них поступает в обонятельную луковицу. Эта структура, расположенная в передней части мозга, согласно исследованиям Линды Бак и Бетины Малник из Медицинской школы Гарварда и их коллег из Японии, является информационным центром запахов.

Сигналы от нейронов с одинаковыми обонятельными рецепторами группируются в громерулите, расположенном в обонятельной луковице, создавая карту восприятия запахов рецепторами. Эта карта практически одинакова у всех людей. Поэтому все без разногласий узнают, например, запах перца. "Это объясняет, почему, скажем, запах скунса не нравится никому, а розы сладко пахнут для всех", - говорит Линда. Из обонятельной луковицы сигналы запаха передаются в особую часть мозга, отвечающую за сознательное мышление. "Очевидно, информация от различных рецепторов комбинируется в коре головного мозга, а это уже не нос или обонятельная луковица", - объясняет она.

Кроме того, сигналы запахов также поступают в лим-бическую систему, которая создает эмоциональное восприятие, например "фу, гадость!", что соответствует тошнотворному вкусу драже, или "о, как вкусно!", когда вдруг попадается вкус любимого с детства лакомства. "Вероятно, именно поэтому запах создает сильную эмоциональную реакцию, равно как и поток фактической информации",- объясняет Линда, добавляя, что, возможно, существует связь с миндалиной - железой, которая участвует в обработке информации, связанной с сильными эмоциями, например запаха пожара или одеколона.

Имея столь детальное представление о том, как работает наше восприятие вкуса, ученые могут попытаться воспроизвести любой вкус или создать что-нибудь абсолютно новое и непонятное. Компания Senomyx в Ла-Джолле, штат Калифорния, использует знание о рецепторах, чтобы найти молекулы, "повышающие чувственное восприятие человека". Располагая знаниями о связи сладкого вкуса с соответствующими рецепторами, ученые могут создать заменитель сахара - молекулу, которая идеально подойдет рецептору и будет в миллионы раз эффективнее сахара. Другая компания - Linguagen в Нью-Джерси - пытается с помощью белка густдуцина заблокировать горький вкус. Эти блокираторы - например, монофосфат аденозина - должны сделать вкус кофе более мягким и замаскировать горький вкус лекарств. Эти компании пытаются найти способ поймать зловонные запахи, усилить соленый вкус еды с низким содержанием натриевой соли и т. д.

Все это говорит о том, что сегодня драже Берти Боттс не произведут столь ошеломляющего эффекта, как в древности. Первый анализ генетического кода показал, что существует около тысячи обонятельных рецепторных генов. Недавно Сергей Зозуля и его коллеги из компании Senomyx обнаружили, что лишь 350 из них активны (это число меняется у разных людей), а остальные представляют собой мертвые, так называемые "псевдогены" - останки некогда работавших генов, отброшенных мутациями. Есть предположение, что число этих генов возрастало от обезьяны к человеку. В результате наш репертуар рецепторов запаха составляет лишь треть от того количества, которым обладают грызуны или собаки, говорит Зозуля.

Вероятно, это произошло из-за снижения биологической потребности в столь развитом обонятельном аппарате, который был у наших предков. Животные до сих пор полагаются на свое обоняние, чтобы искать пищу, определять присутствие и психологическое состояние своих сородичей и других животных, избегать встреч с хищниками и других опасностей и т. д. Для людей все это не имеет большого значения. Поскольку генетический код постоянно меняется и мутирует, то если ген не используется для выживания или не является существенным преимуществом в процессе отбора, он неизбежно исчезает. "Эволюция не сохраняет гены про запас", - говорит Зозуля.

Роджер Хайфилд

Проза жизни • "Гарри Поттер" и наука: Настоящее волшебство