המשיכה שלנו לסוכר גדלה לרמה לא בריאה. האדם הממוצע בארצות הברית צורך כעת יותר ממאה פאונד מהחומר המתוק מדי שנה, לעומת 18 פאונד בשנת 1800.
עם מחקר חדש שפורסם ב- 7 במאי, בתא, מדעני אוניברסיטת קולומביה עשו צעד משמעותי לקראת התמודדות עם משבר בריאות הציבור הזה. לראשונה הם מיפו את המבנה התלת-ממדי של קולטן הטעם המתוק האנושי, המכונה המולקולרית המאפשרת לנו לטעום דברים מתוקים. זה יכול להוביל לגילוי של רגולטורים חדשים של הקולטן שישנה באופן משמעותי את המשיכה שלנו ותאבון לסוכר.
אי אפשר להתעלם מהתפקיד המוביל שממלא סוכר בהשמנת יתר. הממתיקים המלאכותיים בהם אנו משתמשים כיום כדי להחליף סוכר פשוט לא משנים משמעותית את הרצון שלנו לסוכר. כעת, כשאנחנו יודעים איך נראה הקולטן, אנו עשויים להיות מסוגלים לעצב משהו טוב יותר. "
ג'ואן ג'אנג, דוקטורט, סופר משותף-ראשוני, עמית פוסט-דוקטורט במעבדה של צ'רלס זוקר, דוקטורט, במכון צוקרמן בקולומביה ובמכון הרפואי הווארד יוז
הקולטנים המתוקים בלשוננו יכולים לאתר מספר גדול של כימיקלים שונים הטעמים מתוקים, מסוכר שולחן נפוץ (הידוע גם בשם סוכרוז) ועד אנזימים אנטי -מיקרוביאליים בביצי עוף. בניגוד לקולטנים אחרים-מרים, חמוצים או טעמים אחרים-חיישנים מתוקים שלנו התפתחו כדי שלא היו רגישים במיוחד. זה עוזר לנו להתמקד במזונות עשירים בסוכר לאנרגיה, ומניע צורך בהרבה ממתקים כדי לספק את השן המתוקה שלנו.
קביעת מבנה הקולטן המתוק האנושי היא המפתח להבנת האופן בו הוא עוזר לנו לאתר טעם מתוק, ולקדם באופן מהותי את ההבנה שלנו לגבי תפיסת הטעם. לפני יותר מעשרים שנה חשפו ד"ר זוקר ועמיתיו את הגנים שמאחורי קולטן הטעם המתוק של היונקים. יצירה ציון דרך זו חשפה את הנוסחה הכימית שלה, אך עד כה איש לא ידע את צורתה המדויקת, בדומה לאופן בו הכרת המתכון של העוגה לא תגיד לך איך ייראה המאפה בסיום.
ללא ידיעה זו, הבנת הבסיס המולקולרי של גילוי מתוק לתכנון רציונלי דרכים להסדרת תפקודו של קולטן חיוני זה הייתה אתגר, אמר ד"ר צוקר, שבמעבדה שעבודתו חדשה זו בוצעה.
מחבר המחקר, בריאן וואנג, עוזר מחקר במעבדת זוקר, אמר כי "כל הממתיקים המלאכותיים בהם אנו משתמשים כיום התגלו על ידי טעות או בהתבסס על מולקולות טעימות מתוקות ידועות". "כתוצאה מכך, לרוב הממתיקים המלאכותיים יש חסרונות."
העבודה החדשה ממפה את מבנה קולטן הטעם המתוק האנושי בפרט חסר תקדים, לרזולוציה טובה כמו 2.8 אנגסטרומים. לשם השוואה, האטום הקטן ביותר, מימן, הוא מעט יותר מרוחב אנגסטרום.
נדרשו לחוקרים גישות חדשניות וכשלוש שנים כדי למפות את מבנה הקולטן של הטעם המתוק האנושי, בחלקו הגדול מכיוון שהוכיח קשה לגדל חלבון זה על תאים במנות מעבדה.
"רק קבלת החלבון המטוהר שהיינו צריכים למפות את המבנה לקח יותר מ -150 תכשירים שונים במהלך שלוש שנים", אמר המחקר הראשון במחקר, ג'נגיואן לו, דוקטורנט במעבדת זוקר.
המדענים השתמשו אז במיקרוסקופיית קריו-אלקטרונים (Cryo-EM) כדי לנתח את קולטן הטעם המתוק האנושי. טכניקה זו יורה קורות אלקטרונים במולקולות שהוקפאו בתמיסה, ומסייעות לחוקרים לתפוס תמונות של מולקולות אלה מנקודות מבט שונות, מהן הם יכולים לשחזר את המבנים התלת-ממדיים שלהם ברמה האטומית.
חשיבות מיוחדת, Cryo-EM חשפה את כיס הכריכה של הקולטן: החלל בו דברים מתוקים נדבקים ומעוררים את מערך התגובות המניע את התיאבון החזק שלנו לממתקים.
"הגדרת הכיס המחייב של הקולטן הזה במדויק מאוד היא חיונית לחלוטין להבנת תפקידו", אמר מחבר המחקר אנתוני פיצפטריק, דוקטורט, חוקר ראשי במכון צוקרמן בקולומביה. ד"ר פיצפטריק, שהוא גם עוזר פרופסור לביוכימיה וביופיזיקה מולקולרית במכללת ווגלוס, הוסיף כי "על ידי הכרת צורתו המדויקת, אנו יכולים לראות מדוע ממתינים נצמדים אליו, וכיצד ליצור או למצוא מולקולות טובות יותר שמפעילות את הקולטן או מסדירות את תפקידו.
קולטן הטעם המתוק האנושי מורכב משני חצאים עיקריים. אחד מאלה, שנקרא TAS1R2, הוא בעל כיס הכריכה, רכיב הדומה לזרם של ונוס. הכרת המבנה של חלק זה עשויה גם לעזור לנו להבין מדוע אנשים נבדלים זה מזה עד כמה הם רגישים לממתקים.
המדענים מיפו את מבנה הקולטן כשהוא קשור לשניים מהממתיקים המלאכותיים הנפוצים ביותר, אספרטיים וסוכרלוז. אלה, בהתאמה, 200 ו -600 מתוקים יותר מסוכרוז.
לאחר מכן החוקרים שינו באופן שיטתי חלקים זעירים של הקולטן. זה עזר לשפוך אור על התפקיד שכל אחד מהחלקים הללו ממלא בקשירת הממתיקים, אמר מחבר המחקר רויואן יו, דוקטורנט במעבדת זוקר.
"אנו מנסים להעביר את ההבנה שלנו את המדע קדימה כדי להיות מסוגלים לעזור לאנשים", אמר מחבר המחקר אנדרו צ'אנג, טכנאי מחקר במעבדת פיצפטריק.
אף על פי שקולטן הטעם המתוק האנושי נמצא ברובו על בלוטות טעם בפה, ד"ר ג'אנג ציין שהוא מפוזר גם בכל הגוף, שם הוא עשוי למלא תפקיד בתפקודם של איברים כמו הלבלב. כיוון שכך, המפה החדשה של מבנה קולטן זה עשויה לתמוך במחקר הבוחן את חילוף החומרים שלנו, כמו גם בהפרעות כמו סוכרת.
