W ramach programu „Profesorowie wizytujący UG”, którego celem jest umiędzynarodowienie badań naukowych i zajęć dydaktycznych prowadzonych na naszej uczelni, Uniwersytet Gdański odwiedziła prof. Danielle Reed z Monell Chemical Senses Center w Filadelfii (Stany Zjednoczone). Profesor Reed jest ekspertką w dziedzinie biologii zmysłów smaku i węchu oraz międzyosobniczych różnic w percepcji smakowej i węchowej. Do Gdańska zaprosiła ją dr Emilia Leszkowicz z Katedry Fizjologii Zwierząt i Człowieka. 8 czerwca w auli Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii prof. Reed wygłosiła hybrydowy wykład zatytułowany „Taste, Smell, and COVID-19”. Poniżej przedstawiamy krótką rozmowę z prelegentką, podczas której dowiedzieliśmy się, dlaczego zmysły węchu i smaku są bardzo ważnymi układami sensorycznymi, nie tylko pomagającymi nam cieszyć się życiem, ale też dbającymi o nasze bezpieczeństwo.
▶ Skąd się wzięło pani zainteresowanie biologią zmysłów smaku i zapachu oraz międzyosobniczą różnicą w percepcji smakowej i węchowej, wynikającą z genetycznej zmienności genów receptorów tych zmysłów? Czy pamięta pani, kiedy te zainteresowania się rozpoczęły?
Kiedy jesteśmy dziećmi, zaczynamy zastanawiać się, dlaczego różnimy się od siebie. To jedno z naszych najwcześniejszych pytań. Pojawia się ono, ponieważ często– jako dzieci – jesteśmy porównywani z innymi. Jesteśmy wysocy lub niscy, grubi lub szczupli, szybcy lub powolni. Analizując ten fakt, byłam ciekawa, co tak naprawdę podlega naszej kontroli. Czy naprawdę, jeśli będę więcej się uczyć, będę mądrzejsza? Jednocześnie zastanawiałam się nad tym, co kontroli podlegać nie może. Na przykład nie możemy sprawić, chociaż niektórzy bardzo by chcieli, że w wieku dorosłym dalej będziemy rosnąć i staniemy się wyżsi, niż jesteśmy. Od takich rozważań zaczęły się moje zainteresowania. Potem przyszedł czas na biologię smaku i węchu, bowiem ona również ma związek ze zmiennością ludzi. Tego typu zainteresowania towarzyszyły mi właściwie od początku mojego życia.
▶ Dlaczego akurat smak i węch, skoro różni nas wiele innych cech?
Wiele lat później, kiedy byłam na studiach magisterskich, zdałam sobie sprawę z tego, że różnice w odczuwaniu smaku i zapachu u różnych osób mają pochodzenie genetyczne i mogą być łatwymi cechami do badania. Prostszymi genetycznie niż na przykład wzrost i waga oraz łatwymi do zmierzenia. Poszłam w tym kierunku.
▶ Dlaczego więc ludzie różnią się odczuwaniem smaku i zapachu – czy różnice te są tak wyraźne jak różnice w liniach papilarnych?
Dokładnie tak. Niektórzy ludzie od urodzenia nie rozpoznają pewnych kolorów, a inni widzą wszystkie barwy. Część osób nie czuje smaku niektórych związków chemicznych, zwłaszcza tych znajdujących się w warzywach kapustnych, takich jak fenylotiokarbamid – związek strukturalnie podobny do występującej w brukselce goitryny – lub androstenonu, który jest feromonem płciowym występującym u samców świń, ale można go też znaleźć w selerze albo truflach. Androstenon jest pierwszym zidentyfikowanym feromonem ssaków.
▶ Czy może pani wyjaśnić genetyczną podstawę tego zjawiska?
Jeśli chodzi o gorycz goitryny, to około 25% ludzi na świecie nie czuje jej, ponieważ jeden z ich receptorów gorzkiego smaku – TAS2R38 – nie rozpoznaje tego związku i nie przekazuje sygnału o gorzkim smaku do mózgu. Podobnie jest w przypadku androstenonu. Niektórzy z nas nie czują go, ponieważ mają niefunkcjonalne warianty genetyczne OR7D4 – jednego z czterystu receptorów węchowych.
▶ W jaki sposób do tych różnic przyczynia się specyficzny dla każdego z nas genotyp?
Chcąc to krótko wytłumaczyć, muszę przywołać różnice w odczuwaniu smaku przez każdego z nas. Wynikają one częściowo z naszych genów. Istnieje wiele genów smaku, które są różne u ludzi, ponadto nie zapominajmy, że u wielu osób niektóre geny smaku mogą być uszkodzone lub może ich w ogóle nie być. Prowadzi to do uderzających różnic między osobami właśnie w ich odczuciach smakowych. Na przykład wiele osób pijących napoje gazowane ze sztucznymi słodzikami zgłasza, że mają one nieprzyjemny smak. Ten nieprzyjemny smak jest efektem pobudzenia pewnego receptora gorzkiego smaku, czyli TAS2R31. Z podobnych względów niektórzy ludzie nie lubią dżinu z tonikiem.
▶ Zaliczam się do takich ludzi!
A dżin z tonikiem to popularny koktajl, przynajmniej w USA. Podobno mamy wrażliwe receptory gorzkiego smaku – TAS2R19 które reagują na chininę, główną gorzką cząsteczkę w toniku.
▶ Czy genotyp jest podobny u niektórych ludzi w zależności od miejsca urodzenia?
W różnych rejonach świata ludzie rodzą się z wariantami genetycznymi, które określają charakterystyczne dla danego obszaru kolory włosów i oczu. Podobnie jest ze smakiem. Przykładowo, ludzie pochodzenia środkowoeuropejskiego są genetycznie bardziej skłonni do niewyczuwania niektórych gorzkich związków występujących na przykład w warzywach. Wiele osób z Syberii nie czuje goitryny w warzywach kapustnych, takich jak kapusta czy brukselka, ponieważ posiada „non-taster” – allel genu receptora gorzkiego smaku TAS2R38. Tymczasem każdy z rdzennych Brazylijczyków czuje ten gorzki smak. Dzieje się tak, ponieważ jedynym allelem genu TAS2R38 w ich populacji jest allel „taster”, który to odczuwanie umożliwia. Chociaż grupy ludzi o odmiennym pochodzeniu różnią się między sobą pod względem zmysłu smaku, jeszcze większa zmienność może występować w obrębie samych grup. Jeśli chodzi o odczuwanie smaku, jest to dla nas kwestia tak samo indywidualna, jak odcisk palca!
▶ Jako członek kierownictwa Global Consortium for Chemosensory Research łączącego osoby na całym świecie badające powiązania między chorobami układu oddechowego a węchem i smakiem badała pani osoby, które utraciły smak i węch w wyniku COVID-19. Jakie są wnioski z tych badań?
Utrata smaku i węchu jest częstym objawem COVID-19. Jednak występowanie tych objawów zależy od samego wariantu wirusa. Wczesne warianty, na przykład alfa, beta i gamma, wpłynęły na zmysł smaku i węchu u większości ludzi. Tylko około 10% osób zarażonych wariantem omikron zgłaszało utratę smaku. W jednym z badań, w których porównano wariant omikron z wariantem delta pod kątem wywoływania utraty węchu, stwierdzono, że 44,6% osób zgłosiło utratę węchu w przypadku wariantu delta, ale tylko 11,8% zgłosiło utratę węchu w przypadku wariantu omikron1. Odkryliśmy też, że kiedy po infekcji zaczynają powracać smak i węch, czasami są one zniekształcone, co jest dla ludzi kłopotliwe i niekiedy trudne do zniesienia. Dziś wiemy również, że wiele osób długo nie odzyskuje smaku i węchu. Chociaż w większości przypadków, jeśli powróci węch, powróci też smak. Przeprowadziliśmy badanie na 1468 osobach, które utraciły węch i smak w trakcie ostrej fazy COVID-19. Sześć miesięcy później około 60% kobiet i około 48% mężczyzn zgłosiło, że nie odzyskało w pełni węchu. Ich wrażliwość węchowa wynosiła niecałe 80% stanu sprzed zachorowania.
▶ Dlaczego niektóre osoby traciły węch i smak podczas zachorowania na COVID-19 i dlaczego późniejsze typy wirusa już praktycznie w ogóle nie powodowały takich objawów? Od czego zależały te kwestie?
Nie znamy powodu, dla którego pewne warianty koronawirusa powodują mniejszą utratę węchu i smaku. Przypuszczamy, z dużą dozą prawdopodobieństwa, że na przykład wariant omikron uwalnia mniej alarmowych cytokin w nosie i na języku niż wariant alfa. Postawiliśmy hipotezę, że cytokiny alarmowe powodują, że ustaje transkrypcja chromosomów w komórkach sensorycznych smaku i węchu, aby ochronić je przed infekcją, co niestety blokuje ich funkcje.
▶ W swoich pracach porusza pani bardzo często temat przewlekłego zapalenia zatok przynosowych. Skąd naukowe zainteresowanie grupą ludzi z tą przypadłością?
Zaczęłam pracować nad przewlekłym zapaleniem zatok, ponieważ jeden z moich kolegów klinicznych odkrył różne reakcje badanych przez siebie komórek zatokowo nosowych na gorzkie związki. Niektóre komórki z zatok nosowych wyglądały podobnie jak komórki smakowe. Takie komórki smakowe pojawiają się w wielu różnych tkankach ciała i noszą różne nazwy w zależności od ich lokalizacji. Te znajdujące się w nosie nazywane są samotnymi chemoreceptorami (solitary chemoreceptors). Zastanawialiśmy się, czy samotne chemoreceptory mogą reagować na związki o gorzkim smaku i odkryliśmy, że mogą – poprzez zmiany w wewnątrzkomórkowym wapniu, składniku sygnalizacji między komórkami. Nie dzieje się tak jednak zawsze! Komórki niektórych osób nie reagowały na związki o gorzkim smaku, mimo że były traktowane podobnie. Odpowiedzialne za to okazały się różnice genetyczne w genach receptorów gorzkiego smaku. Na przykład bakterie wytwarzają gorzkie związki, które mogą aktywować samotne chemosensory człowieka. Zaktywowane chemoreceptory mobilizują otaczające je komórki do walki z bakteriami na kilka sposobów. Niestety, u ludzi, których samotne chemosensory są genetycznie niewrażliwe na gorzkie związki, te mechanizmy obronne działają słabo. Wrodzone i adaptacyjne mechanizmy obronne chronią układ oddechowy przed atakiem drobnoustrojów, a receptor gorzkiego smaku T2R38 reguluje wrodzoną obronę błony śluzowej górnych dróg oddechowych człowieka2.
▶ Czy zmysły smaku i węchu mają coś wspólnego z otyłością u ludzi?
Tak, ponieważ osoby otyłe zazwyczaj mają zmniejszone poczucie smaku w porównaniu z osobami szczupłymi. Nie jesteśmy jednak pewni, czy jest to przyczyna, czy skutek. Możemy powiedzieć, że wyniki badań na zwierzętach sugerują, że przekarmianie, zwłaszcza jeśli chodzi o pokarmy bogate w tłuszcz i cukier, prowadzi do zmniejszenia czułości zmysłu smaku.
▶ Prowadzi pani badania na bliźniętach jednojajowych w kierunku ich preferencji smakowych i zapachowych. Ujawniła pani zmienność genetyczną, która wpływa na wykrywanie tłuszczu w diecie – czy może pani profesor krótko rozwinąć ten temat?
Tłuszcz zawiera co najmniej dwa składniki – triglicerydy i kwasy tłuszczowe. Te ostatnie są produktem rozpadu triglicerydów, które często powodują zjełczały lub w inny sposób nieprzyjemny smak tłuszczu w ustach. Poprosiliśmy dorosłe bliźniaki, aby skosztowały i oceniły specjalne chipsy ziemniaczane różniące się ilością triglicerydów i kwasów tłuszczowych. Po tym badaniu odkryliśmy, że podobieństwo w zdolności wykrywania triglicerydów i kwasów tłuszczowych jest większe u bliźniąt jednojajowych, a więc takich, które mają bardziej zbliżony skład genetyczny, niż u bliźniąt dwu jajowych. Bliźnięta jednojajowe, czasem nazywane monozygotycznymi, są do siebie bardziej podobne pod względem wykrywania „dobrych” i „złych” składników tłuszczu niż bliźnięta dwujajowe, czasami nazywane dizygotycznymi. Nie jesteśmy jeszcze pewni, które geny i ich warianty są związane z upodobaniem do tłuszczu w diecie. Badania nad tym jednak już trwają3.
▶ Przełomowe badania pani profesor nad genetyką percepcji gorzkiego smaku doprowadziły do zidentyfikowania ludzkiego chromosomu 5p15, którego zmienność korelowała ze zdolnością osoby do odczuwania goryczy. Dzięki pani badaniom odkryto właśnie receptor gorzkiego smaku. W czym w długofalowej perspektywie pomagają takie badania?
Kiedy widzimy, że ludzie się różnią, zastanawiamy się, dlaczego. Narzędzia genetyczne pomagają nam znaleźć wyjaśnienie różnic między nimi. Dzięki znajomości genów i ich wariantów lepiej rozumiemy biologię. Rozumiejąc, czym i dlaczego różni się zmysł smaku u ludzi, możemy być bardziej empatyczni i wyrozumiali dla osób, które nie chcą jeść lubianych przez nas pokarmów, na przykład brukselki czy kapusty. Dzięki odpowiedniej wiedzy dietetycy mogą również dostosować dietę do poszczególnych osób, na podstawie ich wrodzonej wrażliwości smakowej, przykładowo przez zachęcanie do spożywania warzyw, które są dla tych osób mniej gorzkie. Co ciekawe, dowiedzieliśmy się również, że komórki smakowe znajdują się także w innych częściach ciała, a receptory goryczy mogą reagować na sygnały bakteryjne. Ta nowo odkryta zdolność układu odpornościowego może doprowadzić do opracowania leków, które będą stymulowały receptory smaku gorzkiego w taki sposób, aby organizm mógł walczyć z infekcją.
▶ Serdecznie dziękuję za rozmowę.
Dziękuję również.
Profesor Danielle Reed
Jest ekspertką w dziedzinie biologii zmysłów smaku i zapachu oraz międzyosobniczych różnic w percepcji smakowej i węchowej, które wynikają z genetycznej zmienności genów receptorów tych zmysłów.
Profesor Reed jest zastępczynią dyrektora Monell Chemical Senses Center w Filadelfii w USA, ośrodka będącego światowym liderem w badaniach chemosensorycznych, czyli badaniach nad percepcją związków chemicznych i przetwarzaniem informacji, którą one ze sobą niosą.
Danielle Reed jest również członkinią zespołu kierowniczego Global Consortium of Chemosensory Research (GCCR), które łączy osoby na całym świecie prowadzące badania nad powiązaniami między chorobami układu oddechowego (np. COVID-19) z ich wpływem na zapach i smak.
Profesor jest także prezeską Association of Chemoreception Sciences (AChemS), międzynarodowej organizacji naukowców zajmujących się badaniem zmysłów smaku i węchu.
Danielle Reed ma duże doświadczenie w wystąpieniach publicznych: często prowadzi webinaria i wykłady dla profesjonalistów oraz występuje w mediach publicznych, m.in. w prasie (np. „The New York Times Magazine”) oraz w programach telewizyjnych i radiowych, w których dzieli się z opinią publiczną swoją wiedzą i doświadczeniem na temat chemorecepcji u ludzi4.
Za pomoc w przygotowaniu artykułu dziękujemy serdecznie dr Emilii Leszkowicz z Katedry Fizjologii Zwierząt i Człowieka Wydziału Biologii UG
1 K.D. Vihta i in., Omicron-associated changes in SARS-CoV-2 symptoms in the United Kingdom; https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2022.01.18.22269082v3.full-text
2 R.J. Lee i in., T2R38 taste receptor polymorphisms underlie susceptibility toupper respiratory infection, „The Journal of Clinical Investigation”; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23041624/
3 C. Lin i in., Studies of human twins reveal genetic variation that affects dietary fat perception, „Chemical Senses”; https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32516399/
4 https://wns.ug.edu.pl/media/aktualnosci/110946/taste_smell_and_covid-19_-_wyklad_prof_danielle_reed_08062022