Тяжёлая вода имеет сладкий вкус для людей, но не для мышей
Обычная чистая вода не имеет выраженного вкуса, но как насчёт тяжёлой воды? Является ли она сладкой, как могли указывать анекдотические свидетельства, восходящие к 1930-м годам? Почему это может быть, если D2O почти химически идентична H2O, стабильному природному изотопу которой она является? Эти вопросы возникли вскоре после выделения тяжёлой воды почти 100 лет назад, но удовлетворительных ответов на них не было.
Исследователи Павел Юнгвирт и Фил Мейсон со студентами Кармело Темпра и Виктором Крусесом Чаморро из Института органической химии и биохимии Чешской академии наук (IOCB Prague), вместе с группой Маши Нив из Еврейского университета и Майка Беренса из Мюнхенского технического университета, нашли ответы на эти вопросы, используя молекулярно-динамическое моделирование, клеточные эксперименты, модели на мышах и испытания на людях. В своей статье, опубликованной в Communications Biology, они убедительно показывают, что, в отличие от обычной воды, тяжёлая вода имеет сладкий вкус для людей, но не для мышей, и этот эффект опосредован человеческим рецептором сладкого вкуса.
Тяжёлая вода (D2O) отличается от обычной воды (H2O) только изотопной заменой H на D и, как таковая, не должна химически отличаться. Оставляя в стороне тривиальное 10%-ное изменение плотности из-за удвоенной массы D по сравнению с H, различия в свойствах D2O и H2O, такие как pH или точки плавления и кипения, действительно очень малы. Эти различия обусловлены исключительно ядерными квантовыми эффектами, а именно изменениями нулевых колебаний, которые приводят к несколько более сильной водородной связи в D2O, чем в H2O.
«Несмотря на то, что два изотопа номинально химически идентичны, мы убедительно показали, что люди могут различать на вкус (который основан на химическом восприятии) H2O и D2O, причём последняя имеет отчётливый сладкий вкус», — сказал Павел Юнгвирт о главном результате их исследования. В своей работе авторы дополняют вкусовые эксперименты на людях тестами на мышах и на клетках HEK 293T, трансфицированных человеческим рецептором сладкого вкуса TAS1R2/TAS1R3, а также молекулярным моделированием. Результаты указывают, что сладкий вкус тяжёлой воды у людей опосредован рецептором TAS1R2/TAS1R3. Будущие исследования должны быть способны выяснить точные места и механизмы действия, а также причину, по которой D2O активирует именно TAS1R2/TAS1R3, вызывая сладкий (а не другой) вкус.
Хотя тяжёлая вода явно не является практичным подсластителем, она даёт представление о широком химическом пространстве сладких молекул. Поскольку тяжёлая вода используется в медицинских процедурах, обнаружение того, что она может вызывать ответ рецептора сладкого вкуса, который расположен не только на языке, но и в других тканях человеческого тела, представляет важную информацию для клиницистов и их пациентов. Кроме того, благодаря широкому применению D2O в определении химической структуры, химикам будет полезно знать о настоящих наблюдениях.
Наконец, стоит упомянуть, что 86 лет назад Science опубликовал короткое письмо Г. К. Юри, нобелевского лауреата за открытие дейтерия (H. C. Urey & G. Failla, Science, 81, 273, 1935), в котором авторитетно утверждалось, что D2O неотличима от H2O на вкус, что оказало сильное, хотя и вводящее в заблуждение, влияние на продолжавшуюся дискуссию по этому вопросу.
«Таким образом, наше исследование разрешает старый спор о сладком вкусе тяжёлой воды с использованием современных экспериментальных и компьютерных подходов, демонстрируя, что небольшой ядерный квантовый эффект может оказывать заметное влияние на такую базовую биологическую функцию, как распознавание вкуса», — заключает Павел Юнгвирт.