争用的味道

的嗅觉受体的发现(或)蛋白在1991 -这将赢得2004年诺贝尔奖卢卡都灵闻到了一个机会。他沉浸在童年以来的主题并将发布香水指南在1992年。或后发现和想法的基础上从50年前,都灵,现在,德国乌尔姆大学开发了一个有争议的假设显然预测分子的气味从他们的结构。9年来为我们工作启动Flexitral,他用这个想法设计许多香味和风味分子,包括两个新的合成风味获得监管部门的批准。

然而事情并没有被证明是简单。今天,而不是沐浴在大批知识分子结构如何影响嗅觉1990年代早期似乎承诺,科学家仍在追逐诱人的提示。人类大约有400种不同的蛋白质,占据了约2%的指令我们的基因。据都灵的批评者,创建了一个系统的复杂使得预测本质上不可能·但他和像他这样的人存在。这样他们不仅学习课程如何取悦我们的鼻子,但也让设备“气味”单个分子从数百万的背景。

一般在生物学,受体蛋白识别配位化学物质的形状和成分。都灵认为,这种类型的相互作用可以忽略在考虑气味。相反,他认为口服补液盐区分分子键的振动,这就解释了为什么相似的分子结构可以有非常不同的香味。他把发生的事情在口服补液盐振动光谱,表明当有气味的分子存在,电子可以通过他们从隧道的一部分蛋白质到另一个地方。

40 - 50年来,许多人试图使传感器特定于一个特定的化学物质

虽然没有人尚未直接观察电子流过口服补液盐,他指导人们闻到证据。”这个想法正确预测,b - h键,只债券在自然振动频率接近h,应该赋予独特的sulfuraceous气味硼烷,“都灵说。和一些硼烷有sulfur-like气息。这是普遍的解释为振动和完全令人困惑的形状。预测能力的气味字符的形状是零。”

振动假设应该意味着人们闻到不同的分子的氢原子与他们的重同位素氘取代。在苯乙酮,只有八氢交换,都灵的批评者发现他们不能——都灵已确认。¹但最近都灵和他的同事们嗅出气味变化当28氢的麝香cyclopentadecanone与氘取代。²

我怎么闻到?

尽管其成功的预测,但许多嗅觉社区纠纷这个振动假设。巴里疼痛美国佛罗里达大学的强调这是有待证明。他正在进行一项更biologically-focussed -更广泛认可的解释我们如何识别气味嗅代码。我们不确定但工作假说是,区分不同的气味的能力是基于组合代码,“痛说。

我们有成千上万的在我们的鼻子嗅觉神经元,每个只有一个或,相当于约1000每个大约400种不同类型的口服补液盐。的想法是,你没有一个探测器气味,许多探测器响应给定的气味,但与不同的调优,“痛说。他认为,独特的模式或激活负责我们的气味。不过还不清楚在这个组合代码是公认的神经通路。“可能真的”,它是一个复杂的过程通过嗅觉神经和大脑广泛分布,疼痛。

的生物传感器系统使用并不是很好,“补充道克里希纳Persaud英国曼彻斯特大学的。他们有非常广泛的特异性,但使用一个传感器和一个重叠与高选择性提取信息。“模仿这种自然设计有助于提高气体的性能和化学传感器,Persaud说。40 - 50年来很多人试图使高度特定于一个特定的化学传感器。他们已经失败,因为他们对不同化合物也敏感。”

佩尔绍德模仿这种自然嗅觉使用大量有机导电聚合物传感器组合代码的电导率变化当暴露于气体或蒸气。他的团队将4000个电极到2厘米×2厘米数组,涂层区用不同的材料。修改他们让他们或多或少的选择性化学物质组:酮类、醇类、芳烃等,”他解释说。“你从数组中每个元素中提取一个信号,然后比较模式你已经知道的东西。看着重叠在不同传感器之间的反应,我们可以达到非常高的歧视。这使得小型设备实时传感质量控制,环境监测或警报信号。”

常见的气味

直接和密切检查口服补液盐生物系统是困难的,由于他们在嗅觉器官的数量和分布,解释道伊迪丝Pajot-Augy法国国家农业研究所。她的团队因此口服补液盐转基因酵母细胞,在那里他们可以运输到细胞表面,可能使他们更容易隔离和检查。然而,没有人能够产生或蛋白质晶体,因此科学家缺乏x射线衍射的重要信息可以提供关于它们的结构。这些数据将用于探索气味分子如何适应口服补液盐。

然而,通过叠加或蛋白质序列到其他受体的结构在同一家庭,Pajot-Augy和她的同事对接有气味的化学物质三维计算模型。由于蛋白质的序列只25%相似,有必要使用序列·结构对齐算法来避免错误,”她说。结果从他们的小组和其他挑战都灵的断言的形状有气味的分子不能用来预测的气味。许多模型成功建立最严格的分子结构·气味关系,“Pajot-Augy说。一些额外的步骤,研究人员还发现认识到一群一个或类型气味共享“三维结构和知觉品质”,她补充道。

破译了嗅觉等生化方面提出严峻的挑战,接近这个问题从另一个方向了令人惊讶的结果。研究人员德国食品化学研究中心(DFA) 30年来狩猎化学品我们闻到食物。到2014年,他们有孤立的气味从220种不同的食品。³

的关键香气化合物的数量在一个给定的食物非常小,通常达10到20个化合物,”突出了DFA的科学家马丁Steinhaus指出。多年来,我们意识到一些化合物的关键香气化合物中非常丰富。其他特征在一定群食品和[一些]只有一个单一的食物,比如1-p-menthene-8-thiol葡萄柚。因此1-p-menthene-8-thiol也称为葡萄柚硫醇,而另一个个人主义在红色和白葡萄酒,有香气的发现(3年代3,年代,7R6-dimethyl-3a) 3日,4、5、7 a-tetrahydro-1-benzofuran-2 (3H)——被称为葡萄酒内酯。

DFA团队独立的气相色谱挥发物的食物,以便他们能够检查他们通过嗅觉测量法·气味,用他们的鼻子。然后他们追踪气味的结构使用标准的分析技术。使用质谱测量多少存在他们添加一个已知数量的有气味的两个或两个以上的氢氘取代,或碳12原子被碳13所取代。如果你知道标记化合物的数量说,确定用气相色谱-质谱、标记和未标记的化合物的比率可以计算的自然内容未标记的化合物,“Steinhaus指出解释道。

在这个替代水平,Steinhaus指出说,他从未经历过的一个至关重要的气味不同,可能支持都灵的理论。不过,我们总是试图标签另一端的官能团,并限制标记原子总数两到四个标签的潜在影响降到最低的化合物的行为,”他补充道。而因此不支持振动理论,Steinhaus指出的经验符合其他发现有限的同位素替代不会改变化合物的气味。

每个分析的一种新食物DFA团队发现越来越少的新化合物。虽然大约有10000的挥发性化合物的食物他们挥棒,他们的气味是由只有230。他们建议限制可能会出现因为食品物种和人类一起进化,自然选择训练我们的口服补液盐承认什么好吃。

复杂的香气

两种气味混合的方式揭示了另一个奇怪的方面我们的嗅觉。通常添加两个气味时,研究人员发现整体气味强度小于每个组件的总和,虽然偶尔也会增强。食品香气混合物包含四个多组件,气味失去个性和编制了一个独特的气味质量与任何单个组件,Steinhaus指出笔记。混合30多个挥发物同等强度的生成空间气味化合物创建一个默认的“嗅觉白”气味,既不愉快或不愉快但可能掩盖不良气味。

有证据表明,这种基因混合现象可能源于竞争,或者这样的药物和天然配体与受体之间的其他地方,疼痛解释道。然而,他的团队正在追踪一个相当不同的生化交互。他们发现,即使是两个不同的气味相同类型的受体结合,激活不同的信号通路。环核苷酸的第一途径涉及到激活,已得到充分的研究。第二个是基于磷脂。⁴

嗅觉神经元探测气味和将其转换成电信号通过打开通道,允许离子流动。从大鼠嗅觉组织学习,疼的团队表明,阻止一种叫做磷酸肌醇酶3-kinase (PI3K),参与许多细胞功能,可以提高许多有气味的信号。他们假设,这是因为气味否则会激活PI3K,这会,反过来,干扰打开离子通道。也就是说,他们将“拒绝”神经信号的强度,否则被发送,增加更多的气味是如何编码的复杂度。

疼痛认为理解组合代码所必需的可靠预测气味混合会产生,和设计更好的电子鼻。他们没有达到预期除了非常特殊的应用程序,所以人回到动物,即使他们不总是做你想做的事情,”他说。更多的生理决定的组织原则你施加更有效率,敏感而有效的传感器可以创建。希望有一天你可以有一个传感器,没有动物过失但其功能。

Pajot-Augy一直从事这样一个装置作为欧盟Bioelectronic嗅觉神经元的一部分设备项目,于2012年结束。口服补液盐而不是简单地模仿使用电子产品,该项目试图开发集成的传感器直接口服补液盐到电子产品。她的团队发现,如果爆开的酵母细胞基因工程生产口服补液盐,细胞的膜改革健壮的球形“nanovesicles”与口服补液盐膜。⁵合作也能够把这些nanovesicles到金电极,制作原型电子鼻能够成功地识别和衡量特定气味的浓度用于监控食品质量。

鼻涕工作

等工程的一个重大挑战一个传感器来因为我们知之甚少,口服补液盐检测气味。到目前为止只有42人口服补液盐-·总数的10%左右已经与至少一个有气味的东西。Pajot-Augy的团队使用基因工程方法允许他们加入这个列表,困难和重要的工作。口服补液盐的识别能够绑定一个给定的有气味的东西很耗时间,但它是第一个任务要执行,如果你打算开发一个基于最相关的嗅觉受体的生物传感器,将提供最高的反应目标有气味的东西,”她说。

Persaud同意等应用需求特制的受体,并补充说,自己的能力与半导体聚合物或难以复制。你可能想要检测的背景下,一个特定类型的分子数以百万计的其他类型。说有人拿着一个包包含一个香蕉和炸药。大多数分析工具会检测到香蕉,因为配体的浓度更大。但是如果你有一种设备,可以接一个分子出现在那巨大的背景你有一个好机会开放全新实用的工业应用。

而不是纠结于口服补液盐,Persaud处理嗅觉结合蛋白。⁶他们发现在所有哺乳动物的鼻子,但在不同的环境中——或多或少,在鼻涕,”他解释说。的猜测是,他们载体蛋白参与采取嗅觉分子或删除它们从嗅觉受体。

如果电子鼻子变得普遍,Persaud希望知识系统设计将有助于产生气味。“我们只是测量分子——你最终得到的模式的信息会让你描述它。就像沸点、色彩、核磁共振、红外光谱,这些分子的描述符。这里我们创建同样的信息,但从一个不同的视角。对已知气味的描述符应该帮助预测新分子混合物,他建议。

电子鼻还没有达到预期

都灵突显出,更好地预测新分子的气味,他相信链接光谱比只是一个比喻。气味的预测字符需要精确计算的振动光谱,”他说。我们不能完全非弹性电子隧穿谱强度的计算模式·虽然正在取得一些进展。的另一个关键证据他是想确定的是在嗅觉受体电子隧道可能发生。

能理解我们的嗅觉带来实实在在的好处呢?如同所有的基础研究,最终没有人知道。有一个明显的需要更好的传感器,而气味研究吸引了口味和芳香剂行业市场研究公司公司Freedonia Group预计将在2016年价值265亿美元(£172亿)。虽然很多问题的答案关于气味可能蕴含着巨大的价值在这些应用程序和其他地方,都灵坚信,最重要的是:当气味首次检测到发生了什么?我们只能理解大脑如何处理感官数据如果我们理解数据是什么,以及它如何被编码在受体水平,”他强调。

安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国