Открытие новых клеток углубляет наше понимание сложной и адаптивной сенсорной системы вкусовой чувствительности.
Как-то раз очень давно мой отец откусил огромный кусок того, что он принял за мясистый апельсин навел, — и тут же поперхнулся. Ему запомнилось, что, выплевывая откушенную мякоть, он подумал так: более мерзкого вкуса не бывает. «Что с этим апельсином?» — спросил он свою коллегу. «Это грейпфрут», — сказала она. И тут же вкус фрукта во рту отца из ужасного, гнилого превратился в восхитительный — словно кто-то щёлкнул переключателем.
Услышав эту историю, я задался вопросом, нельзя ли вызывать такой эффект преднамеренно. Если случай может вынудить головной мозг сформировать ложное вкусовое ощущение, нельзя ли нарочно обмануть сознание, приняв перед едой какую-нибудь таблетку или смочив язык каким-нибудь раствором? Может ли наука превратить вкус худшего зелёного сойлента во вкус изысканного крем-брюле?
История с моим отцом имеет прямое отношение к исследовательской группе, работающей в Университете Буффало (University of Buffalo), на севере штата Нью-Йорк. Недавно эти исследователи открыли новый тип вкусовых клеток, и их открытие заставляет существенно скорректировать наши знания о вкусовой чувствительности человека.
Вкус эволюции
Система вкусовых ощущений помогает удовлетворить одну из самых давних жизненных потребностей: анализировать попавшие на язык химические вещества и определять по вкусу, годится ли что-то в пищу или нет. Даже самые древние прокариоты, появляясь повсюду в первобытном бульоне прибрежных вод, должны были искать пищу, и, как считает большинство современных биологов, нынешняя вкусовая чувствительность млекопитающих — результат эволюционного развития удовлетворения этой фундаментальной потребности.
Мы умеем определять по различаемым нами вкусам, какие из находящихся в нашем распоряжении предметов содержат необходимые нам питательные вещества, а какие (у них отвратительный вкус) способны принести вред. Мы хорошо распознаём сладкое, ибо сахар — ключевой побочный продукт химических реакций с участием углеводов, которые, как правило, представляют собой основу нашего рациона. Для поддержания гомеостаза сердечнососудистой системы нам нужен хлорид натрия, поэтому мы хорошо распознаём соль.
И благодаря нашему опыту добывания пищи, забытому нами, но генетически сохранённому нашей природой, мы, люди, способны ощущать виды горького вкуса с ювелирной точностью. В геноме человека есть не менее 25 различных подтипов семейства генов Tas2r для определения горького вкуса — меньше, чем у лягушек (50 таких генов) или мышей (35 генов), но намного больше, чем у кур, имеющих всего лишь три вида рецепторов горького вкуса.
«Система вкусовой чувствительности абсолютно необходима всем организмам, чтобы находить необходимые им питательные вещества и избегать употребления в пищу того, что может принести вред», — говорит Кэтрин Медлер (Kathryn Medler), биолог Университета Буффало в Нью-Йорке, под чьим руководством была открыта неизвестная науке вкусовая клетка.
Для современного человека вкус, похоже, перестал играть роль одного из основных инструментов в борьбе за существование — по крайней мере, там, где, сидя за рулём своей машины, можно проехать мимо тысячи ресторанов, отправившись в круглосуточный магазин, переполненный разнообразными пищевыми продуктами. А раньше человек жил в диком, опасно изменчивом мире, где, как правило, не было изобилия вкусной пищи, а, напротив, часто приходилось голодать и пробовать на вкус что-то странное, горькое, рискуя при этом отравиться.
В результате «мы стали машинами, способными осуществлять химический анализ пищи», констатирует Пол Бреслин (Paul Breslin), учёный-диетолог Ратгерского университета (Rutgers University), а также исследователь Монелловского центра химического изучения чувствительности (Monell Chemical Senses Center) в Филадельфии.
Кошки, коровы, коалы и дельфины
Возьмём кошку. Кошки — плотоядные животные, и им не нужны углеводы или сладости — разве что могут случайно съесть конфетку. Дело не просто в том, что предпочтительней, — дело в эволюции. У кошек даже отсутствуют гены рецепторов сахара.
«Они даже не пытаются обнаружить его, так как не чувствуют сладости», — отметил ещё один специалист в данной области научных исследований биолог Университета Майами (University of Miami) Стив Роупер (Steve Roper), несколько лет назад опубликовавший обзор современных знаний о вкусовых рецепторах. Если кошка лижет что-то сладкое, добавил Роупер, то потому, что обнаружила в этой пище не сахар, а жир.
Чем кошки в плане вкусовой чувствительности превосходят многие виды животных — так это в способности чувствовать пикантный вкус, который японцы называют умами (восхитительный пикантный вкус). Здесь есть биологический смысл: кошки всё время потребляют белки. Какой вкус был бы у мяса, имей мы такой же язык, как у кошек? Строго научного ответа на этот вопрос нет, но можно полагать, что благодаря сенсорной системе, специально настроенной на вкус пикантной мясной пищи, мы могли бы испытывать райское наслаждение.
С другой стороны, вы никогда не захотите иметь коровий язык, чтобы есть салат, потому что коровы весь день едят траву. Они не смогли бы этого делать, если бы пробовали её на вкус так же, как мы. У человека десятки рецепторов горечи, а у коровы гораздо меньше. Она всё же способна чувствовать горькое, но, по всей видимости, весьма посредственно.
«В некоторых отношениях систему вкусовой чувствительности можно рассматривать как зеркало [нашей] среды обитания», — говорит Майк Беренс (Maik Behrens), биолог Института системной биологии имени Лейбница (Leibniz Institute for Systems Biology) во Фрайзинге, Германия. Он изучил системы вкусовой чувствительности множества животных и несколько лет назад опубликовал статью на тему способности кур и лягушек чувствовать горький вкус.
Многие виды животных в ходе эволюции пришли к тому, что в их рационе остался чуть ли не единственный пункт. Как известно, основная пища коал — листья эвкалипта, панд — бамбук, а морские львы — истые пескатарии. По мнению специалистов, система вкусовой чувствительности многих таких животных имеет общую тенденцию: она настраивается на специфику среды обитания.
«Вот почему мы чувствуем горькое лучше, чем афалины, — говорит Беренс. — Те, похоже, просто заглатывают рыбу, не заморачивая себя определением её вкуса». У афалин вкусовые рецепторы практически отсутствуют.
Если вы хотите насладиться вкусом суши, не пользуйтесь языком дельфинов.
В нас живут и здравствуют наши обезьяньи предки
Если вкусовая чувствительность животного зависит от того, что можно съесть в окружающей его среде, то, прежде всего, ему необходимо обладать способностью находить эту доступную и пригодную для него пищу. Чем труднее поиск пищи, тем больше рецепторов требуется животному для обнаружения потенциально опасной горечи.
«Если вы не знаете, что годится в пищу, — говорит Бреслин, — вы должны оценивать, что годится, а что нет».
Гурманы часто расхваливают способность делать свой вкус утончённым путём упражнений. Однако, в сущности, наши вкусовые предпочтения с самого начала жёстко запрограммированы. Есть факты, говорящие о том, что зародыши in utero пробуют пищу на вкус, а новорождённые младенцы «воркуют» от сладкого и морщатся от кислого.
«Мы любим сахар по той же причине, что и человекообразные обезьяны, в частности шимпанзе, — отметил Бреслин. — Так же, как гориллы, шимпанзе, бонобо и орангутаны, которые в основном питаются фруктами, мы не могли не оказаться любителями сахара».
«В нас живут и здравствуют наши обезьяньи предки», — добавил он.
Комментируя открытие нового типа вкусовых клеток, Медлер объяснила, почему их поведение оказалось не таким, какое ждали учёные.
В прошлом веке считалось, что существует всего один тип вкусовых клеток, реагирующий на все виды вкуса. Однако с годами, по мере обнаружения различных вкусовых клеток, эта концепция постепенно усложнялась и уточнялась. Затем учёные стали различать типы вкусовых клеток, но при этом всегда исходили из того, что одна клетка может улавливать всего один вкус.
«Именно так и было на протяжении многих лет», — подтверждает Роупер, биолог Университета Майами.
И вот Медлер и её коллеги обнаружили подмножество вкусовых клеток, способных реагировать аж на четыре из пяти основных видов вкуса и, по-видимому, очень важных для вкусового восприятия.
«Это весьма элегантное исследование», — говорит Джули Меннелла (Julie Mennella), биолог Монелловского центра химического изучения чувствительности, которая также изучает вкус, но не участвовала в экспериментах Медлер. Данное исследование включало в себя характеристику изолированных групп широко реагирующих вкусовых клеток по их электрическим сигналам, а также обширные поведенческие эксперименты, в которых мышей, помещённых в специальные клетки, обучали находить среди бутылок с разными растворами те, в которых раствор с понравившимся им вкусом. Команда Медлер продемонстрировала, что мыши, лишённые широко реагирующих вкусовых клеток, в основном ведут себя так, будто они не могут чувствовать горькое, сладкое и умами.
В поисках новых вкусов
Не все учёные согласны с принятым в современной науке делением вкусов на пять основных видов. Некоторые считают, что этот список нужно расширить, и уже предложили ряд кандидатур из числа выявленных новых вкусов.
«Таких кандидатов немало», — говорит ученый-диетолог Университета Пёрдью (Purdue University) Ричард Маттес (Richard Mattes), придумавший слово «oleogustus» («жирный вкус») для описания одного из новых вкусов, претендующих на то, чтобы войти в число основных. Кальций, углекислый газ, крахмал и короткоцепочечные углеводы также претендуют на это. «Однако в научном сообществе они не получили широкого признания», — отмечает Маттес.
По словам Маттеса, собрано огромное количество фактов, подтверждающих гипотезу о жире как одном из основных вкусов. Установлено, что вкусовые клетки человека имеют по меньшей мере один рецептор (CD36), способный распознавать жир. Выявлен механизм трансдукции в головной мозг сигналов этого рецептора, и они, похоже, настроены специально для жира. Кроме того, в ходе ряда сенсорных экспериментов удалось показать способность человека чувствовать жир на своём языке.
«Это не просто кислое, солёное, горькое или умами — в условиях правильно организованного тестирования люди говорили: «О нет! Это не похоже ни на что другое», — утверждает Маттес. — На мой взгляд, это очень веский аргумент».
А вот эволюционный аргумент: у людей есть способность обнаруживать особый тип жира — свободные жирные кислоты, которые присутствуют в прогорклой пище. Пищевая промышленность давным-давно знает об этом и делает всё возможное для устранения свободных жирных кислот из пищевых продуктов. Возьмём, к примеру, оливковое масло. При высоких температурах оно сильно окисляется, в результате чего возникают свободные жирные кислоты, которые портят его вкус. Чтобы уменьшить окисление, масло подвергают холодному отжиму.
В последний раз список основных видов вкуса был расширен 20 лет назад, когда учёные добавили умами, открыв его рецептор. Японский химик Кикунаэ Икеда (Kikunae Ikeda) впервые предложил добавить этот вкус ещё в 1909 году, однако его предложение было принято почти столетие спустя. Открытие нового типа вкусовых клеток командой Медлер не носит столь же фундаментальный характер, как открытие Икеды, но, как утверждают специалисты, нельзя сводить крупные достижения в сфере исследования вкусовой чувствительности к выявлению новых вкусов. Идентификация командой Медлер новых клеток — важный шаг в познании основных характеристик человеческого вкуса, потому что удалось существенно конкретизировать наши представления о том, как взаимодействуют вкусовые клетки и более того — как в целом работает наше чувство вкуса.
«Можно надеяться, что это исследование поможет нам лучше понять, как вкусовые сигналы поступают в головной мозг», — считает Медлер.
COVID, химиотерапия, опоясывающий лишай и слюна
Человеческой физиологии свойственно, что, в конечном счёте, информация всегда поступает в головной мозг, и вкус — не исключение. Влияние разума на то, как мы воспринимаем пищу, огромно, потому что он соотносит вкусовые сигналы с сигналами других органов чувств, объединяет их с воспоминаниями и другими психическими процессами.
По этой причине в основе многих трюков, которые можно проделать со вкусом, лежат не столько сами виды вкуса, сколько механизмы обработки вкусовых сигналов. Если вы зажмёте нос и закроете глаза, а потом съедите дольку мармелада, вы не сможете определить, какой он — клубничный, лимонный или виноградный, потому вы отключили своё обоняние. Цвет, который может не иметь никакой связи со вкусом, является, тем не менее, сильным фактором вкусового восприятия. Попробовав белое вино, окрашенное в красный цвет, а в остальном оставшееся прежним, люди описывают его вкус точнее и увереннее, чем в случае с обычным красным вином.
Из этой же серии история с грейпфрутом/апельсином, которая приключилась с моим отцом. Вдобавок, она — яркий пример резкого изменения вкуса под воздействием новой информации.
Но не только разум определяет вкус. Нужно отметить ещё и высокую физиологическую адаптацию вкусовых клеток. Было установлено, что содержащиеся в слюне крыс белки меняются в зависимости от диеты этих грызунов, и, когда крысы питаются горькой пищей, их слюна активирует белки, которые, вступая во взаимодействие с горькими соединениями, блокируют взаимодействие последних с рецепторами горького вкуса. То же самое наблюдается у людей. Если людям вместо обычного молока давать миндальное, со временем профиль их слюны изменится, и они станут страстными любителями миндального молока.
Есть и другие формы физиологического влияния на вкус. Опоясывающий лишай может влиять на вкусовые нервы, соединяющие вкусовые клетки с головным мозгом, и вызывать у людей полную потерю вкуса. При COVID-19 часто наблюдается такой побочный эффект, как потеря обонятельной и вкусовой чувствительности, и прошлым летом группа гарвардских учёных установила, что, по всей видимости, это связано с экспрессией определённых коронавирусных генов в ненейрональных клетках обонятельного эпителия.
К потере вкуса может привести старение, ибо с возрастом процесс обновления клеток ухудшается. Результат может оказаться весьма существенным. Многие пожилые люди, у которых деградировали вкусовые клетки, страдают от потери аппетита.
«Это серьёзная проблема — отсутствие у стариков желания насытиться, — отмечает Медлер. — Выход из строя системы вкусовой чувствительности может существенно отразиться на потреблении пищи».
Влиять на эту систему и менять вкус продуктов могут травмы головы и лучевая терапия, а также операции на ухе и удаление зубов. О потере или искажении вкуса часто упоминают как о нежелательном побочном эффекте химиотерапии и других форм терапии, способном негативно повлиять как на качество жизни, так и на результаты лечения.
«Причина номер один уклонения от принятия назначенных лекарств — их вкус», — считает Меннелла.
Взломать чувство вкуса
И вот мы добрались до вопроса на миллион долларов: если вкусовая чувствительность человека может резко измениться в результате инфекции или травмы — или постепенно измениться под воздействием таких видов пищи, как миндальное молоко, — можно ли взломать чувство вкуса?
Этот взлом имел бы очень много форм полезного применения для лечения и профилактики заболеваний: восстановление временной потери вкуса, разработка приятных на вкус лекарств, изменение химического состава пищи для повышения её аппетитности, уменьшение содержания соли без ухудшения вкуса, а также такое подслащение пищи, при котором количество сахара и калорий не увеличивается, а уменьшается. Кроме того, взлом вкусовой чувствительности можно было бы использовать для решения чисто кулинарных вопросов, связанных с изменением вкуса для того, чтобы вызвать эстетический или гедонистический эффект. Можно ли найти способы модулировать вкус и улучшать аппетит, взламывая чувство вкуса или вкус еды? Может ли шеф-повар взять на вооружение массу новых опций, позволяющих радовать чувства и управлять процессом принятия пищи?
«Работу доктора Медлер нельзя оценивать как уже обеспечившую нам такого рода прорывы», — говорит Роупер. По его словам, эта работа представляет существенный интерес, обогащает наши знания, но учёным нужно ещё изрядно потрудиться над тем, чтобы понять систему вкусовой чувствительности. На вопрос, можно ли на практике целенаправленно менять вкус еды путём взлома, опрошенные специалисты выразили сомнения в том, что такое станет возможным в ближайшее время.
«Будут ли люди на корабле, летящем к Марсу, выдавливать из тюбика какую-нибудь похожую на зубную пасту ерунду и лизать её, чтобы затем уплетать сойлент со словами «Ооо, эта вырезка очень вкусная»? — спрашивает Бреслин. — По-видимому, получить такой эффект будет очень, очень трудно».
Роупер поддержал эту точку зрения, выразив согласие в столь же эксцентричной форме: наше понимание системы вкусовой чувствительности он сравнил со способностью слышать лишь несколько нот музыкальной композиции. Только услышав целые аккорды, заявил Роупер, можно определить, что это — Бетховен или Стравинский.
Или, применительно к рассказу моего отца, — апельсин или грейпфрут.