Геометрия помогает ученым создавать молекулярную карту «структура –запах»
Человеческий нос очень легко отличает аромат свежезаваренного кофе от запаха тухлого яйца, но биохимический процесс, лежащий в основе этого явления, довольно сложен.
В настоящее время учеными создана «карта обоняния»—a геометрическая модель того, как молекулы объединяются между собой и создают разнообразные ароматы.
Ученые говорят, что такая карта могла бы стимулировать направление в разработке метода, позволяющего предсказывать реакцию людей на определенные комбинации запахов и помочь в создании новых ароматов.
На протяжении многих лет ученые предпринимали попытки понять сложную структуру молекул запаха.
Неврологи хотят лучше знать, как мы «обрабатываем» ароматы; парфюмеры и производители продовольственных продуктов хотят получить хорошую технологию синтеза знакомых ароматов для своих продуктов. Новый подход может помочь тем и другим.
Существует одна, ранее созданная стратегия мэппинга обонятельной системы на основе группирующихся молекул запаха со сходными молекулярными структурами и использующая эти подобия для предсказания новых комбинаций.
Но такая дорога часто приводит к тупику.
«Совсем не обязательно, что химические вещества со схожими химическими структурами будут распознаваться сходным образом»,- говорит Татьяна Шарпи, нейробиолог Института Биологических Исследований Солка, Ла Джолла (Salk Institute for Biological Studies, La Jolla) Калифорния, и ведущем авторе исследования, отчет о котором опубликован в августе в журнале «Успехи Науки (Science Advances).
Шарпи и ее коллеги проанализировали молекулы запаха четырех знакомых и безошибочно узнаваемых ароматов: земляники, помидора, черники и мышиной мочи. Исследователи подсчитали, как часто и в каких концентрациях определенные молекулы неожиданно появляются вместе в этих специфических запахах.
На следующем этапе работы они создали математическую модель, в который молекулы, появившиеся вместе, «часто выглядели похожими на букву «T» в пространственном отношении и молекул, которые редко двигались, так как отстояли на большом расстоянии друг от друга.
В результате была получена «седловидно»- образная поверхностность – отличительная черта полей, изучаемых гиперболической геометрией и которые подчиняются отличным от Евклидовой геометрии правилам: тех, большинство людей изучает в школе.
Исследователи предлагают алгоритм, составленный на базе геометрической гиперболической модели, который позволит предсказывать ароматы новых комбинаций запаха — или даже помогать их синтезировать.
Один из сотрудников Шарпи, невролог-бихевиорист Брайен Смит из Аризонского государственного университета, выразил желание применить этот метод для воспроизведения запахов в местах, лишенных естественных ароматов.
«Данный способ создания палитры запахов принес бы пользу не только самим ученым, но и парфюмерам», - говорит невролог Джоул Мэйнланд, изучающий лимбическую систему коры головного мозга, ответственную за обработку информации о запахах, из центра химических ощущений Монель в Филадельфии, который не был вовлечен в исследование.
«Конечная цель состоит в том, чтобы узнать достаточно о том, как работают запахи и копировать природные ароматы без участия естественных источников», - говорит Мэйнланд. «Мы желали бы обонять запах земляники, не заботясь о воспроизведении ингредиентов, которые находятся в ней.»
источник Журнал Саентифик Американ №12 2018
Автор - Стивен Орнес
Перевод: Энигма Л.Н.
