Śmierdząca sprawa

Głównym źródłem wszelkich nieprzyjemnych zapachów związanych z ludzkim ciałem jest układ pokarmowy, a ściślej rzecz biorąc – miliardy zamieszkujących go bakterii. Gazy tworzące się w przewodzie pokarmowym są ceną, którą płacimy między innymi za jedzenie pysznych sałatek i zdrowych warzyw. Nasze własne enzymy trawienne nie potrafią sobie poradzić z rozłożeniem wielu substancji pochodzenia roślinnego, więc organizm zatrudnia do tej brudnej roboty bakterie. W naszych jelitach żyje ich stale 1,5 kilograma – około 100 bilionów, a więc więcej niż wszystkich komórek całego organizmu. My dostarczamy im stabilne, ciepłe i przyjemne środowisko, a one w zamian rozkładają trudne do strawienia substancje, wytwarzają witaminy i bronią swego domu, czyli nas.

Równie bujne życie kwitnie na drugim końcu układu pokarmowego – w jamie ustnej. Mieszka tu około 10 miliardów bakterii, które radośnie korzystają z resztek jedzenia pozostających po każdym posiłku, drobin złuszczającej się błony śluzowej i szczególnej atrakcji – śluzu ściekającego z jamy nosowej na nasadę języka.

W cieple i wilgoci kolejne gatunki bakterii cierpliwie rozkładają glikoproteiny – substancje składające się z części białkowej i cukrowej, które nadają charakterystyczną lepkość ślinie i śluzowi. Odczyszczone z cukrów długie łańcuchy białek trafiają do następnego gatunku bakterii, które tną je na mniejsze fragmenty. Stopniowo z białek pozostają pojedyncze aminokwasy, a całemu procesowi rozkładu towarzyszy wydzielanie produktów ubocznych – gazów. Część z nich zawiera w swym składzie siarkę i to głównie one odpowiadają za charakterystyczny, nieprzyjemny zapach przypominający woń zgniłych jajek.

Mimo że brzmi to jeszcze bardziej obrzydliwie, w przestrzeniach międzyzębowych mogą się pojawić nawet ptomainy, zwane bardziej swojsko trupimi jadami. Te związki powstają podczas procesów gnilnych i wydzielają zapach kojarzący się z rozkładem. Osobnik, któremu z ust zalatuje trupem, nie tylko robi fatalne wrażenie, ale też naraża się na poważne kłopoty z układem krążenia uszkadzanym przez ptomainy.

Jednak większość paskudnych doznań zapachowych powstaje głęboko w jamie ustnej, u nasady języka. To miejsce, w którym jama ustna łączy się z jamą nosową. Właśnie tam ścieka wydzielina nabłonka nosa – gęsty śluz, którego zadaniem jest między innymi wychwytywanie zanieczyszczeń z wdychanego powietrza. Taka mieszanka pozostaje tam przez wiele godzin, a nawet dni, i stanowi świetną pożywkę dla całych stad wyjątkowo nieprzyjemnych bakterii.

Fakt wydzielania przez nasze ciało mnóstwa nieprzyjemnych zapachów nie podlega dyskusji – wszyscy chadzamy do ubikacji i czym prędzej staramy się rano umyć zęby. Gorzej ze zrozumieniem, dlaczego właściwie czujemy to, co czujemy.

Choć w 2004 roku Nagrodę Nobla przyznano właśnie za badania nad receptorami węchowymi, jej laureaci ominęli temat działania samych receptorów. Wiemy, że w genomie ssaków znajduje się około tysiąca genów kodujących te czujniki chemiczne, wiemy, że każdy neuron węchowy zawiera tylko jeden receptor węchowy i że do odczucia zapachu konieczna jest obecność śluzu, w którym rozpuści się lotna substancja. Problem w tym, że nie mamy pojęcia, jak właściwie działa sam receptor i dlaczego dane cząsteczki chemiczne wywołują określone zapachy.

Najpopularniejsza obecnie jest teoria zamka i klucza. Według niej receptory węchowe mają ściśle określone kształty, do których „wsuwają” się tylko cząsteczki pasujące do nich. I tak wrażenie zapachu miętowego może dawać dodawany do gumy do żucia i pasty do zębów karwon, który w przestrzeni tworzy określony trójwymiarowy układ atomów. Jeśli karwon trafi na „swój” receptor i połączy się z nim, ten prześle do mózgu sygnał: „Jest!”, co mózg zinterpretuje jako pojawienie się zapachu miętowego. Ponieważ receptory nie są idealnie dopasowane do cząsteczek zapachu, ten sam receptor może być pobudzany przez różne, choć podobne przestrzennie substancje – w przyrodzie jest kilka różnych związków pachnących cytrusami.

Tłumaczyłoby to też, dlaczego niektóre związki­ występujące w postaci izomerów optycznych wydzielają inną woń. Izomer optyczny to druga wersja substancji wyglądająca tak jak oryginał odbity w lustrze. Takie odbicie karwonu pachnie nie miętą, lecz kminkiem. I nic dziwnego, choć wzór obu związków jest identyczny, przestrzennie wyglądają zupełnie inaczej.

Mimo że teoria zamkowo-kluczowa wciąż nie jest dowiedziona doświadczalnie, ostatnio pojawiły się nowe wyniki badań, w których udało się częściowo przewidzieć zapach cząsteczki wyłącznie na podstawie jej kształtu. Skuteczne opanowanie tej umiejętności byłoby absolutnie bezcenne – tworzenie nowych kompozycji zapachowych przestałoby wreszcie być szukaniem po omacku właściwej mieszanki. Zamiast tego nowy aromat można by po prostu zaprojektować. Potrzebny nowy zapach kwiatowy? Proszę bardzo – bierzemy kilka grup chemicznych i układamy w przestrzeni puzzle, które podrażnią odpowiednie receptory węchu. Na razie to tylko marzenia, ale gdyby udało się je zrealizować, taka technologia przynosiłaby gigantyczne zyski. Nic więc dziwnego, że nie skąpi się funduszy na badania.

Jednak niepewność dotycząca podstaw działania naszych wykrywaczy aromatów nie oznacza, że nie potrafimy walczyć ze smrodem. Badania nad maskowaniem i zwalczaniem nieprzyjemnych aromatów pochłaniają na całym świecie ogromne pieniądze. Niestety, większość z uzyskanych wyników nie trafia do publicznej wiadomości – efekty pracy naukowców wykorzystywane są wyłącznie przez firmy finansujące badania.

Na szczęście jest też grupa niezależnych badaczy, których wiedza wykorzystywana jest w praktyce, ale nie utajniana. Prace jednego z takich pionierów „smrodologii”, profesora Mela Rosenberga z Uniwersytetu w Tel Awiwie, prowadzą do mnóstwa ciekawych obserwacji. Jednym z wyników jest opracowanie prawdziwie skutecznego płynu do płukania ust.

– Niektóre firmy zajmujące się higieną ust mają dość cyniczne podejście: tworzą produkty, które nie tyle działają, ile sprawiają wrażenie, że działają – tłumaczył Mel Rosenberg w wywiadzie dla „New Scientist”. – Jeśli płyn do płukania ust pieni się lub powoduje mrowienie, nie oznacza to jeszcze, że działa. Na przykład pieczenie w ustach to doznanie naszych własnych receptorów, a nie komórek bakterii.

Rosenberg z kolegami zabrał się do roboty inaczej. Stwierdzili, że nawet dokładne mycie i płukanie ust nie usuwa wielu bakterii, ponieważ wykształciły one substancje ułatwiające im przyleganie do nabłonka. Zabezpiecza je to przed zmyciem przez ślinę i spłukaniem do żołądka. By pokonać ten mechanizm, badacze opracowali płyn zawierający maleńkie krople oleistej substancji, do której bakterie przylepiają się mocniej niż do języka czy policzków. Dzięki temu solidne wypłukanie ust usuwa większość wrednych bakcyli i sprawia, że w ustach pojawia się znacznie mniej śmierdzących gazów. Produkt stworzony na podstawie badań naukowców­ z Izraela jest nawet dostępny w sklepach, choć jeszcze nie polskich. W USA i Wielkiej Brytanii nosi nazwę Dentyl pH.

Być może ostateczne wyjaśnienie mechanizmów odczuwania zapachów doprowadzi do jeszcze większej rewolucji. Można by sobie wyobrazić stworzenie cząsteczek, które czasowo blokowałyby określone receptory, nie dopuszczając do naszej świadomości obecności w powietrzu szczególnie nieprzyjemnych zapachów. Twórcy sprejów zapachowych używanych w toaletach będą wniebowzięci.

Piotr Stanisławski

Choć teoria zamka i klucza wydaje się najlepszym wyjaśnieniem mechanizmu działania receptorów, ma ona słabe punkty. Otóż pewne struktury chemiczne, mimo że zawierają różne atomy, przestrzennie są niemal identyczne. Tak jest na przykład z połączeniem wodoru i tlenu, grupą OH oraz związkiem wodoru i siarki, grupą SH. Siarka i wodór mają bardzo podobne atomy, które w związku z wodorem przybierają taki sam kształt. Biorąc pod uwagę niedokładność receptorów, zamiana OH na SH nie powinna zmienić zapachu substancji chemicznej. Tak jednak nie jest. Etanol z grupą OH pachnie... no, sami wiecie jak. Tymczasem odpowiadający mu przestrzennie etanotiol z grupą SH cuchnie zgniłymi jajkami.

Skoro tak, to być może nie chodzi o kształt cząsteczek, ale o coś innego? Konkurencyjnych teorii powstało kilka, ale tylko jedna jest poważnie brana pod uwagę. Opiera się na interesującej obserwacji. W przyrodzie bardzo mało jest związków śmierdzących jak zgniłe jajka. Niemal wszystkie z nich zawierają siarkę – tak jak wspomniany etanotiol z grupą SH. Wyjątkiem są tu borany, związki boru i wodoru (BH). Choć bor w niczym nie przypomina siarki, to jednak borany pachną podobnie jak siarkowodór i pokrewne związki. Dlaczego? Nie wiadomo, ale z pewnością nie chodzi o podobieństwo kształtu. Podejrzenie padło na szczególną cechę wspólną obu grup związków – tak zwaną częstość drgań cząsteczkowych. To właściwość wynikająca z naturalnych drgań atomów różnych pierwiastków. Okazuje się, że w przyrodzie tylko dwie grupy – SH i BH – mają częstość drgań równą 2500 i tylko te dwie grupy pachną zgniłymi jajkami. To raczej nie jest przypadek. Może więc receptory węchu wykrywają nie kształt, ale wibracje cząsteczek?

Oczywiście i tu pojawiają się wątpliwości. Okazuje się bowiem, że są dowody przeczące teorii wibracyjnej. Gdyby była prawdziwa, to związki chemiczne, w których wymieniono atomy jednego z pierwiastków na jego izotopy (ten sam pierwiastek, ale o innej masie), powinny pachnieć inaczej, bo mają inną częstość drgań. Niestety – pachną tak samo.