Káva má zvláštny paradox. Ešte predtým, než sa jej dotkneš perami, dokáže zaplniť miestnosť vôňou, pre ktorú si ju ľudia pripravujú každý deň. Lenže v momente, keď sa dostane na jazyk, príde aj druhá stránka tej istej šálky, horkosť. Nie je to náhoda ani len otázka toho, ako silnú kávu si si pripravil. V tvojom tele sa v tej chvíli spustí presná molekulárna reakcia.
Vedci z Univerzity Severnej Karolíny teraz ukázali, ako tento signál vzniká pri jednom z receptorov horkej chuti s názvom TAS2R43.
Tento receptor funguje ako mikroskopický zámok, do ktorého zapadnú niektoré horké molekuly z kávy. Výskumníkom sa ho podarilo zachytiť v trojrozmernej podobe pomocou kryoelektrónovej mikroskopie, teda techniky, pri ktorej sa molekuly prudko zmrazia a následne zobrazia s extrémnymi detailmi.
“Pred touto štúdiou sme nevedeli, ako sa horkosť kávy spúšťa na molekulárnej úrovni, pretože sme nemali trojrozmernú štruktúru ukazujúcu, ako horký chuťový receptor TAS2R43 rozpoznáva horké látky,” vysvetlil Yoojoong Kim, hlavný autor štúdie publikovanej v časopise Nature Structure & Molecular Biology.
Horkosť kávy nevzniká len z kofeínu, telo reaguje na celý kokteil molekúl
Možno si myslel, že za horkosť kávy môže len kofeín. Omyl. Receptor TAS2R43 reaguje na celý kokteil látok – okrem kofeínu rozpoznáva aj mozambiosid a ďalšie horké zlúčeniny, ktoré sa v káve prirodzene vyskytujú.
Kim a jeho tím použili techniku nazývanú kryogénna elektrónová mikroskopia. Zjednodušene povedané, receptor namrazili a “odfotili” ho elektrónmi. Výsledok ukázal presne, ako sa horké molekuly z kávy zachytávají na receptor a ako ho aktivujú.
“V tejto práci sme vyriešili štruktúry TAS2R43 viazané s horkými zlúčeninami a ukázali v molekulárnom detaile, ako tento receptor deteguje horké molekuly,” dodal Kim.
Receptory horkej chuti nemáš len na jazyku, telo ich používa aj ako varovný systém
Najzaujímavejšie na tom je, že receptory horkej chuti neslúžia len na to, aby ti pokazili prvý dúšok príliš horkej kávy. Vedci ich nachádzajú aj mimo jazyka, napríklad v dýchacích cestách, črevách, koži či ďalších tkanivách. To naznačuje, že horká chuť nie je v tele len otázkou pôžitku alebo nechuti. Môže fungovať aj ako varovný signál.
„Receptory horkej chuti, ako je TAS2R43, sa nachádzajú v rôznych častiach tela. Predpokladá sa, že tam pomáhajú rozpoznávať potenciálne škodlivé látky a môžu sa podieľať aj na regulácii metabolizmu,“ vysvetľuje Bryan Roth, vedúci výskumu.
Inak povedané, telo si horkosť nevyvinulo len preto, aby rozlišovalo chuť jedla. Horká chuť mohla slúžiť ako jednoduchý biologický alarm. Ak sa v prostredí objavila látka, ktorá mohla byť toxická, príliš agresívna alebo spojená s mikróbmi, receptor ju vedel zachytiť a spustiť ďalšiu reakciu. V dýchacích cestách či črevách tak podobné receptory môžu súvisieť s imunitnou odpoveďou, čistením patogénov, reguláciou imunitných buniek, hormonálnymi signálmi aj trávením.
Receptor TAS2R43 funguje ako zámok, rozhodujú v ňom drobné chemické detaily
Keď sa vedci pozreli na receptor TAS2R43 v detailoch, ukázalo sa, že horkú látku v sebe nedrží náhodne. Vo vnútri receptora sú malé chemické „oporné body“, ktoré rozhodujú o tom, či sa molekula zachytí, ako pevne tam zostane a či následne spustí signál horkej chuti.
Jedným z nich je miesto označené ako W88. To si môžeš predstaviť ako stabilnú časť zámku, ktorú majú podobné horké receptory spoločnú. Pomáha zachytávať molekuly s aromatickými kruhmi, teda s chemickou štruktúrou, ktorá sa vyskytuje pri viacerých horkých látkach. Ďalšia časť, R268, je už pre TAS2R43 špecifickejšia a podľa vedcov pomáha rozpoznávať molekuly s karboxylovými skupinami. Inými slovami, receptor nereaguje na horkosť ako na abstraktný pocit, ale číta konkrétny chemický tvar molekuly.
Zaujímavá je aj časť označená ako F252. Tá nemusí fungovať len ako obyčajný bod kontaktu s horkou látkou. Vedci naznačujú, že môže pôsobiť skôr ako malé viečko pri vstupe do väzbového miesta. Rozhoduje teda o tom, ako sa molekula dostane dovnútra a či sa vôbec usadí na správnom mieste.
Objav nemusí zmeniť len chuť kávy, vedcom môže pomôcť pri vývoji liekov
Význam štúdie však nekončí pri tom, že lepšie chápeme horkú chuť kávy. Ak vedci presne vidia, ako sa konkrétna molekula viaže na receptor TAS2R43, môžu začať uvažovať aj opačne. Teda navrhovať látky, ktoré sa na podobné receptory naviažu zámerne, buď ich aktivujú, alebo naopak utlmia.
„Keď pochopíme, ako tieto zlúčeniny komunikujú s receptormi horkej chuti, môže nám to otvoriť cestu k novým terapeutickým stratégiám. Nejde teda len o vysvetlenie toho, prečo má káva horkú chuť,“ vysvetľuje Roth.
Treba však dodať, že od takejto molekulárnej mapy k reálnemu lieku vedie dlhá cesta. Zatiaľ ide najmä o základný výskum, ktorý ukazuje, kde by sa dalo v budúcnosti zasiahnuť. Keďže podobné horké receptory súvisia aj s dýchacími cestami, črevami, zápalom či reakciou tela na mikróby, môžu byť pre medicínu zaujímavé. Nie ako hotová liečba, ale ako nový smer, ktorým sa oplatí ísť.
Podobný význam môže mať výskum aj mimo medicíny. Ak bude jasnejšie, ktoré molekuly spúšťajú horkosť a ako ich receptor rozpoznáva, potravinári alebo farmaceutické firmy môžu lepšie pracovať s chuťou jedál a liekov. Niektoré lieky sú totiž pre ľudí nepríjemné práve preto, že aktivujú horké receptory príliš silno.
Receptor TAS2R43 môže skrývať ďalšie miesta, ktoré vedci ešte len musia overiť
Vedci testovali aj ďalšie látky z kávy. Napríklad cafestol, prirodzená zlúčenina z kávových zŕn, sa podľa počítačových modelov viaže na ten istý receptor rovnakým spôsobom. Podobne funguje aj aloin, známa horká látka.
Počítačové simulácie navyše odhalili, že receptor môže mať aj ďalšie “vrecká”, kde by sa mohli zachytávať iné molekuly. Tieto miesta by mohli slúžiť ako ciele pre budúce lieky, aj keď na ich potvrdenie budú potrebné ďalšie štúdie.