Megfejtették, hogyan érezzük a savanyú ízeket

Az öt közül négy alapíznek – a sósnak, az édesnek, a keserűnek és az umaminak – egy ideje már ismerjük a receptorát, ám a savanyú íz érzékeléséért felelős fehérjét csak most azonosították.

A savanykás íz a nyár frissítő aromája: a limonádéárus standoké és a frissen szedett fürtös paradicsomé. Az öt alapíz közül kétségtelenül ez a legkifinomultabb. Kis mennyiségben izgalmas, bizsergető mellékzöngével fűszerez egy különben érdektelen ételt, töményebben vagy önmagában viszont kellemetlen, sőt, egyenesen fájdalmas lehet.

De hogyan érezzük a savanyút, és miért szeretjük annyira? A Dél-Kaliforniai Egyetem (University of South California, USC) kutatói most már legalább az első kérdésre megtalálták a választ: kísérleti állatokban azonosították a savanyú íz érzékeléséért felelős fehérjét.

A gyümölcsöknek a természetes savtartalmuk: a citromnak a citromsav, a szőlőnek a borkősav kölcsönzi a savanyú ízt, míg az erjesztett élelmiszerekben, például az ecetben a baktériumok által termelt ecetsav gondoskodik a kellő savanyúságról. Már több mint egy évszázada – de legalábbis a pH mérésére alkalmas eszközök feltalálása óta – nyilvánvaló, hogy a savanyúnak megélt ízhatásért az alacsony pH, másképp mondva a pozitív töltésű hidrogénionok magas koncentrációja a felelős. De hogy az ízeket közvetítő szervünk, a nyelv miképp érzékeli az alacsony pH-t, s egész pontosan milyen fehérje alkotja a molekuláris szintű pH-szenzorunkat, mindeddig rejtély maradt.

A gyümölcslevekben is az egyik domináns íz a savanyú Forrás: Thinkstock

A titok kulcsát Emily Liman és munkatársai, a USC Dornsife College of Letters, Arts & Sciences kutatói találták meg: a Current Biology című folyóirat legfrissebb számában megjelent cikkük arról tudósít, hogy a nyelv pH-érzékelője az otopetrin 1 (Otop1) gén által kódolt fehérje. Az Otop1 az ioncsatornáknak nevezett fehérjék közé tartozik, amelyek a töltéssel rendelkező részecskéket bocsátják át a sejtmembránokon. Az Otop1 történetesen azokat a hidrogénionokat szállítja a sejtekbe, amelyek a savakkal kerülnek a szájunkba.

Liman csoportja már tavaly jelentkezett a Science-ben egy cikkel, amely szorosra vonta a hurkot a feltételezett savanyúságszenzor körül. Az ott ismertetett munka során a modern genomika eszközeivel, nagy áteresztőképességű szekvenálás segítségével azonosítottak mintegy 40 olyan kandidáns gént, amely szóba jöhetett a savanyú íz érzékelőjeként. Valamennyi felmerült gén funkciójának tanulmányozása után végül egyetlen jelöltre, az Otop1-re szűkítették le a listát, mert ez volt az egyedüli, amely nem-ízlelő sejtekben kifejezve válaszképessé tette a sejteket a savak jelenlétére.

A korábbi cikkben tehát az USC tudósai már felderítették, hogy az OTOP1 – az Otop1 gén által kódolt fehérje – protoncsatornaként funkcionál, de azt nem mutatták meg, hogy élő állatban valóban ez a fehérje szükséges a savanyú ízre adott reakcióhoz.

Ehhez hasonló ioncsatorna-fehérje felelős a savanyú íz érzékeléséért Forrás: Science Photo Library/JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Juan Gaertner/Science Photo Libr

Ízeket akkor érzékelünk, amikor a szájba kerülő vegyületek a nyelv és a szájpad erre specializált sejtjeivel kölcsönhatásba lépnek. Az ún. ízreceptor-sejtek a nyelv gyökénél, két oldalán és hegyén, valamint a szájpadon sorakozó ízlelőbimbókban csoportosulnak. Az öt alapízre más és más típusú ízreceptorok reagálnak; valamennyien a nekik megfelelő inger megjelenésekor bocsátanak ki idegi ingerületátvivő anyagokat, s az így kialakuló ingerületek az ízlelésért felelős idegeken keresztül jutnak el az agyba. Idegrendszerünk ezáltal képes elemezni azt, hogy a szánkba került vegyületek a keserű, az édes, a „húsízű" umami, a sós, vagy a savanyú tulajdonságaival, vagy ezek milyen kombinációjával jellemezhetők.

A most közölt tanulmány a megelőző kísérletek nyomdokain indult el: arra a megfigyelésre alapozott, hogy az OTOP1 képessé teszi a sejteket az alacsony pH érzékelésére. Yu-Hsiang Tu doktorandusz hallgató génszerkesztési technológiát alkalmazott olyan egerek létrehozása érdekében, amelyek az Otop1 gén inaktivált változatát hordozzák, hogy kiderítse, az OTOP1 csakugyan nélkülözhetetlen-e a savanyú vegyületek érzékeléséhez. Amikor a savanyúíz-receptorok savval kerülnek kapcsolatba, elektromos jel jön létre, amit a pozitív töltésű hidrogénionok sejtmembránon keresztüli áramlása okoz.

Egy másik doktorandusz, Bochuan Teng megmutatta, hogy az OTOP1-kiütött egerekből származó savanyúíz-receptorokon nem alakult ki számottevő ionáramlás, és a sejten belüli pH-juk sem változott savak jelenlétében, aminek pedig a hidrogénionok beáramlása esetén meg kellett volna történnie. S ami még lényegesebb, a mutáns egerek savanyúságreceptorain nem jött létre akciós potenciál – az idegi ingerületet megindító elektromos jel – a savak hatására, pedig ez elengedhetetlen ahhoz, hogy a savas anyagok választ váltsanak ki az agyban az ízlelőidegen keresztül.

Az emberi nyelv tele van ízlelőbimbókkal Forrás: AFP

Míg a fenti kísérleteket izolált ízérzékelő sejteken végezték, a kutatók élő egereken is bizonyították az OTOP1 jelentőségét a savanyú íz érzékelésében: megmérték az ízlelésben szereplő idegek aktivitását az egerek szájába juttatott savanyú oldat hatására. Ehhez az ízleléskutatás egyik vezéralakjával, a Colorado-i Egyetem orvosi fakultásán dolgozó Sue Kinnamonnal és a nála PhD-tanulmányait végző Courtney Wilsonnal alakítottak ki együttműködést. A várakozásnak megfelelően a funkcióvesztett OTOP1-gyel rendelkező egerekben az ízlelőideg aktiválódása a savanyú íz hatására jelentősen csökkent a normálishoz képest, ami egyértelműen jelezte, hogy a mutáns egerek savanyú ízre való érzékenysége drasztikusan károsodott.

„Eredményeink hitelt érdemlően bizonyítják, hogy az OTOP1 maga a savanyú íz receptora – foglalta össze Liman. – Ez az első ismert fehérje, amelyről magabiztosan kimondható, hogy szükséges és elégséges a savra érzékeny ízreceptor-sejtek aktiválódásához és az ezt követő idegi impulzusok kialakulásához, vagyis összességében a savanyú íz agyi érzékeléséhez."

Egy ízlelőbimbó fénymikroszkópos képe Forrás: Science Photo Library/CNRI/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Cnri

A tudósok meglepő módon azt találták, hogy még a funkcionális Otop1 génjüktől megfosztott egerek is adtak némi választ a savanyú ízingerekre: savanyúságreceptoraik produkáltak néhány akciós potenciált, és az ízlelőidegben halvány aktiváció volt mérhető a nagyon erősen savanyú ízekre. Feltételezésük szerint ezért létezik valamilyen másodlagos, az OTOP1-től független mechanizmus, amely hozzájárul a savanyúság érzetéhez. Az Otop1-génkiütött egerekkel végzett viselkedési kísérletek is azt mutatták, hogy az állatok még OTOP1 hiányában is taszítónak találják a savas ingereket.

„A szájban megjelenő savas ingerekre adott válasz összetett. Nemcsak az ízérzékelő receptorok észlelhetik a savat, de a fájdalomérző rendszer is reagál az alacsony pH-ra – magyarázta Liman. – Most, hogy tisztáztuk a savanyú íz érzékelésének molekuláris alapjait, egy lépéssel közelebb kerültünk annak megértéséhez, hogyan észlelik a különböző emberek és az állatok a világot."