راهکاری تازه برای کنترل میل به شیرینی_دانستنی

به نقل از بهداشت نیوز، این نقشه دقیق که با منفعت گیری از میکروسکوپ کریو-الکترونی تشکیل شده، مشخص می کند چطور شیرین‌کننده‌ها به قسمت کلیدی گیرنده به نام TAS۱R۲ متصل خواهد شد. این گیرنده ساختاری همانند به گیاه مگس‌خوار ونوس دارد.

این کشف می‌تواند راه را برای گسترش مولکول‌های جدیدی هموار کند که هوس مصرف قند را بهتر تنظیم کند و یا افت دهند و در نتیجه، به مبارزه با چاقی و دیابت پشتیبانی کنند. برخلاف شیرین‌کننده‌های مصنوعی جاری که به‌صورت اتفاقی کشف شده‌اند و زیاد تر در افت تمایل به قند ناموفق می باشند، این پیشرفت ساختاری، مسیری منطقی برای طراحی جانشین‌های بهتر اراعه می‌دهد.

دستاوردهای مهم این مطرح تحقیقاتی :

– پیشرفت ساختاری: اولین نقشه با وضوح بالا (۲.۸ آنگستروم) از گیرنده چشایی شیرینی انسان.

– محل اتصال شیرینی: نحوه اتصال مولکول‌هایی همانند سوکرالوز و آسپارتام برای تشکیل طعم شیرین شناسایی شد.

– کاربردهای احتمالی: نتایج این پژوهش امکان پذیر به تشکیل جانشین‌های بهتر برای قند و بینش‌های تازه درمورد سلامت متابولیک منجر بشود.

حالت مصرف قند

بر پایه اظهار مؤسسه زاکرمن (دانشگاه کلمبیا)، اکنون میل انسان به قند به سطح ناسالمی رسیده است، برای مثال، یک فرد معمولی در ایالات متحده امروزه به‌طور متوسط سالانه بیشتر از ۴۵ کیلوگرم، قند مصرف می‌کند، در حالی که این مقدار در سال ۱۸۰۰ تنها ۸ کیلوگرم بوده است. با انتشار کردن این تحقیق تازه در تاریخ ۷ مه ۲۰۲۵ (۱۷ اردیبهشت ۱۴۰۴) در مجله «سل» Cell، دانشمندان دانشگاه کلمبیا قدم بزرگی در جهت مقابله با این بحران سلامت عمومی برداشته‌اند.

برای اولین بار، دانشمندان ساختار سه‌بعدی گیرنده چشایی شیرینی انسان را – این ماشین مولکولی که به ما امکان فهمیدن طعم شیرینی را می‌دهد – ترسیم کرده‌اند. این دستاورد می‌تواند به کشف تنظیم‌کننده‌های جدیدی برای این گیرنده منجر بشود که به شکل قابل توجهی جذابیت و هوس ما به مصرف قند را تحول دهد.

دکتر جوئن ژانگ (Juen Zhang)، نویسنده همکار اول این پژوهش، می‌گوید: شیرین‌کننده‌های مصنوعی که امروزه به گفتن جانشین قند منفعت گیری می‌کنیم، واقعاً تمایل ما به قند را به شکل معناداری تحول نمی‌دهند. اکنون که می‌دانیم این گیرنده چطور به نظر می‌رسد، احتمالا بتوانیم چیزی بهتر طراحی کنیم.

گیرنده‌های شیرینی روی زبان ما می‌توانند طیف وسیعی از مواد شیمیایی گوناگون با طعم شیرین را تشخیص دهند؛ از قند معمولی سفره (ساکارز) گرفته تا آنزیم‌های ضد میکروبی حاضر در تخم مرغ.

برخلاف دیگر گیرنده‌های چشایی – همانند گیرنده‌های مزه‌های تلخ، ترش یا دیگر طعم‌ها – گیرنده‌های شیرینی ما به طوری تکامل یافته‌اند که حساسیت بسیاری ندارند و این ویژگی به ما پشتیبانی می‌کند تا روی غذاهای سرشار از قند به گفتن منبع انرژی تمرکز کنیم و همین مساله، نیاز به مصرف مقادیر زیاد شیرینی‌جات برای ارضای میل به شیرینی را تشکیل می‌کند. تعیین ساختار گیرنده شیرینی انسان کلید فهمیدن نحوه تشخیص طعم شیرین توسط این گیرنده است و فهمیدن بنیادینی از ادراک چشایی به ما می‌دهد.

گیرنده‌های شیرینی زبان؛ از تشخیص تا تکامل

گیرنده‌های چشایی شیرینی روی زبان ما توانایی تشخیص طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی شیرین را دارند – از قند معمولی سفره (ساکاروز) گرفته تا آنزیم‌های ضد میکروبی حاضر در تخم مرغ. این گیرنده‌ها به شکل شگفت‌انگیزی انعطاف‌پذیر و چندکاره می باشند.

ویژگی‌های منحصر به فرد گیرنده‌های شیرینی:

– برخلاف گیرنده‌های چشایی دیگر (برای طعم‌های تلخ، ترش یا دیگر مزه‌ها)، گیرنده‌های شیرینی ما از حساسیت کمتری برخوردارند.

– این ویژگی تکاملی به ما پشتیبانی می‌کند تا روی غذاهای پر انرژی متمرکز شویم.

– همین مکانیسم جهت می‌بشود برای ارضای حس شیرینی‌خواهی به مقدار بیشتری شیرینی نیاز داشته باشیم.

– برخلاف گیرنده‌های چشایی دیگر (برای طعم‌های تلخ، ترش یا دیگر مزه‌ها)، گیرنده‌های شیرینی ما از حساسیت کمتری برخوردارند – این ویژگی تکاملی به ما پشتیبانی می‌کند تا روی غذاهای پر انرژی متمرکز شویم – همین مکانیسم جهت می‌بشود برای ارضای حس شیرینی‌خواهی به مقدار بیشتری شیرینی نیاز داشته باشیم.

اهمیت کشف ساختار گیرنده:

شناسایی ساختار سه‌بعدی گیرنده شیرینی انسان کلید فهمیدن، موارد زیر است:

۱. مکانیسم دقیق تشخیص طعم شیرین

۲. پیشرفت بنیادین در دانش ادراک چشایی

۳. امکان طراحی شیرین‌کننده‌های موثر و سالم‌تر

۴. فهمیدن تفاوت‌های فردی در حس چشایی

این یافته‌ها نه تنها فهمیدن ما از سیستم چشایی را منقلب می‌کند، بلکه راه را برای گسترش راهکارهای تازه در مبارزه با چاقی و دیابت هموار می‌سازد. گیرنده‌های شیرینی، این ماشین‌های مولکولی پیچیده، اسرار تعداد بسیاری از رفتارهای غذایی ما را در خود نهفته دارند.

بیشتر از ۲۰ سال پیش، دکتر زوکر و همکارانش ژن‌های مسئول گیرنده چشایی شیرینی در پستانداران را کشف کردند. این کار پیشگامانه، فرمول شیمیایی آن را آشکار کرد، اما تا بحال فردی از شکل دقیق آن خبری نداشت – دقیقاً همانند این که دانستن دستور پخت یک کیک به شما نمی‌گوید که محصول نهایی چطور به نظر خواهد رسید.

زوکر که این پژوهش تازه نیز در آزمایشگاه او انجام شده است، توضیح می‌دهد: «بدون این دانش، فهمیدن مبنا مولکولی تشخیص طعم شیرینی و طراحی منطقی راه حلهایی برای تنظیم کارکرد این گیرنده الزامی، مدام چالشی بزرگ بوده است.»

برایان وانگ؛ نویسنده همکار این مطالعه و دستیار پژوهشی در آزمایشگاه زوکر نیز می‌گوید: «همه شیرین‌کننده‌های مصنوعی که امروزه منفعت گیری می‌کنیم، یا به طور اتفاقی کشف شده‌اند یا بر پایه مولکول‌های شناخته‌شده با طعم شیرین گسترش یافته‌اند. در نتیجه، زیاد تر شیرین‌کننده‌های مصنوعی دارای معایبی می باشند.»

این پژوهش تازه، ساختار گیرنده چشایی شیرینی انسان را با جزئیاتی بی‌سابقه و با وضوحی در حد ۲.۸ آنگستروم ترسیم کرده است. برای قیاس، کوچکترین اتم یعنی هیدروژن، مقداری بیشتر از ۱ آنگستروم عرض دارد.

محققان برای ترسیم ساختار گیرنده چشایی شیرینی انسان به رویکردهای نوآورانه و نزدیک به سه سال زمان نیاز داشتند که قسمت عمده آن به علت سختی رشد این پروتئین در محیط کشت آزمایشگاهی می بود، در این فرآیند، فقط برای تهیه پروتئین خالص مورد نیاز برای ترسیم ساختار، بیشتر از ۱۵۰ مرحله آماده‌سازی گوناگون در طول سه سال انجام گرفت و محققان سپس از میکروسکوپ کریو-الکترونی (cryo-EM) برای تحلیل گیرنده چشایی شیرینی انسان منفعت گیری کردند.

این تکنیک با تاباندن پرتوهای الکترونی به مولکول‌های منجمد شده در محلول، به پژوهشگران پشتیبانی می‌کند تا تصاویر لحظه‌ای از این مولکول‌ها را از زوایای گوناگون به ثبت برسانند و سپس بتوانند ساختار سه‌بعدی آنها را در سطح اتمی بازسازی کنند.

مسئله زیاد مهم این که میکروسکوپ کریو-الکترونی “حفره اتصال” گیرنده را آشکار ساخت، فضایی که مواد شیرین در آن قرار گرفته و مجموعه عکس العمل‌هایی را فعال می‌کنند که میل شدید ما به شیرینی‌جات را تحریک می‌کند.

به حرف های دکتر آنتونی فیتزپاتریک، پژوهشگر ارشد در مؤسسه زاکرمن دانشگاه کلمبیا و یکی از نویسندگان این مطالعه، تعیین دقیق حفره اتصال این گیرنده برای فهمیدن کارکرد آن کاملاً حیاتی است. با دانستن شکل دقیق آن، می‌توانیم بفهمیم چرا شیرین‌کننده‌ها به آن متصل خواهد شد و چطور می‌توان مولکول‌های بهتری برای فعال‌سازی یا تنظیم کارکرد این گیرنده طراحی یا کشف کرد.

این یافته‌ها راه را برای گسترش نسل جدیدی از شیرین‌کننده‌ها هموار می‌کند. گیرنده چشایی شیرینی انسان از دو قسمت مهم راه اندازی شده است: یکی از این قسمت‌ها به نام TAS۱R۲ دارای حفره اتصالی است که ساختاری همانند به گیاه مگس‌خوار ونوس دارد. شناخت ساختار این قسمت این چنین می‌تواند به فهمیدن تفاوت‌های حساسیت افراد به طعم شیرین پشتیبانی کند.

در این پژوهش، دانشمندان ساختار گیرنده را زمان اتصال به دو مورد از رایج‌ترین شیرین‌کننده‌های مصنوعی، یعنی آسپارتام و سوکرالوز ترسیم کردند. این شیرین‌کننده‌ها به ترتیب ۲۰۰ و ۶۰۰ برابر از ساکارز (قند معمولی) شیرین‌تر می باشند.

کشفیات تازه در رابطه مکانیسم اتصال شیرین‌کننده‌ها

محققان با تغییرات سیستماتیک قسمت‌های ریز گیرنده، نقش هر جزء در فرآیند اتصال به شیرین‌کننده‌ها را بازدید کردند. رویخوان یو، دانشجوی دکتری در آزمایشگاه زوکر و از نویسندگان این مطالعه، توضیح می‌دهد: “این تغییرات موثر به ما پشتیبانی کرد تا کارکرد هر قسمت از گیرنده را دقیقاً فهمیدن کنیم.”

اندرو چانگ، تکنسین تحقیقاتی در آزمایشگاه فیتزپاتریک و دیگر نویسنده این مطالعه، می‌افزاید: “مقصد نهایی ما پیشبرد دانش علمی برای پشتیبانی به مردم است. این تحقیقات پایه‌ای می‌تواند راه‌حل‌های عملی برای مشکلات سلامت عمومی تشکیل کند.”

کاربردهای گسترده فراتر از حس چشایی

اگرچه گیرنده‌های شیرینی عمدتاً در جوانه‌های چشایی زبان قرار دارند، دکتر ژانگ خاطرنشان می‌کند که این گیرنده‌ها در سراسر بدن پراکنده می باشند و امکان پذیر در کارکرد اندام‌هایی همانند پانکراس نقش داشته باشند.

پیامدهای مهم برای تحقیقات آینده:

۱. نقشه تازه ساختار گیرنده می‌تواند تحقیقات متابولیسم را منقلب کند

۲. بینش‌های جدیدی درمورد اختلالاتی همانند دیابت اراعه می‌دهد

۳. امکان طراحی داروهای موثر برای تنظیم متابولیسم قند را فراهم می‌کند

۴. فهمیدن بهتری از ربط بین حس چشایی و سلامت عمومی تشکیل می‌کند

این یافته‌ها مشخص می کند که گیرنده‌های شیرینی امکان پذیر عملکردی فراتر از فهمیدن طعم داشته باشند و در تنظیم متابولیسم بدن نقش ایفا کنند. این چنین کشفی می‌تواند به درمان‌های جدیدی برای دیابت و اختلالات متابولیک منجر بشود.