Degustacja PTC

Struktura badanej substancji (PTC): fenylotiokarbamid/ fenylotiokarbamid/ fenylotiomocznik

Cząsteczka PTC

Degustacja PTC jest klasycznym markerem genetycznym w badaniach genetyki populacji ludzkiej .

Historia

W 1931 roku Arthur Fox, chemik z firmy DuPont w Wilmington w stanie Delaware, zsyntetyzował fenylotiokarbamid (PTC). Niektórzy badacze zgłaszali gorzki smak po wejściu do jego laboratorium, podczas gdy inni, w tym sam Fox, nie doświadczyli takiego wrażenia. Dalsze badania tego zjawiska przez LH Snydera w 1931 roku doprowadziły do ​​wniosku, że niezdolność do odczuwania PTC jest cechą recesywną. W 1932 roku Albert Blakeslee przeprowadził szeroko zakrojone badanie obejmujące dziedziczenie degustacji PTC w rodzinach, które wykazało, że wrażliwość na degustację PTC jest najprawdopodobniej złożoną cechą mendlowską, której wariancja jest w przeważającej mierze zależna od pojedynczego locus genu; jednak jest prawdopodobne, że kilka innych genów również ma mniejszy wpływ.

W 1939 roku Fisher i in. odkryli, że genetyczna częstotliwość degustacji PTC była taka sama u szympansów i ludzi. To podobieństwo sugeruje, że wszelkie kontrole genów do degustacji PTC muszą mieć jakąś selektywną przewagę, aby albo ewoluowały i utrzymywały się przez miliony lat, odkąd ludzie i szympansy rozdzieliły się na odrębne gatunki, albo ewoluowały w dwóch oddzielnych wydarzeniach po dywergencja gatunkowa. Odkąd odkryli, że smakowanie PTC ma ewidentną naturalnie selektywną przewagę, naukowcy zaczęli wysuwać hipotezę, że ta przewaga polegała na tym, że zdolność do smakowania naturalnych substancji chemicznych podobnych do PTC pomogła przodkom człowieka trzymać się z daleka od niektórych toksycznych roślin. Substancje przypominające dziś PTC znajdują się w niektórych warzywach z rodziny kapustowatych ( Brassicaceae ), takie jak brokuły i brukselka.

W 1950 roku William Boyd znalazł dowody na to, że ten sam gen, który kontroluje degustację PTC, kontroluje również „degustację” innego związku, który działa jako lek przeciwtarczycowy, podobny do tego występującego w kapuście. Pomimo wszystkich tych przekonujących dowodów na to, że „degustatorzy” PTC mają selektywną przewagę nad „niedegustatorami”, nie było wyjaśnienia stałych proporcji „niedegustatorów” w populacjach ludzi i szympansów, dopóki naukowcy nie odkryli, że osobniki z „ Fenotyp PTC bez degustacji był w stanie posmakować inny gorzki związek, którego „degustatorzy PTC” nie mogli. Ten związek był sokiem z antidesma , a w szczególności badanie to wykazało doskonale odwrotną zależność między degustacją PTC i antidesma. Wyniki te zostały powtórzone w 2005 roku przez inny zespół badaczy, który odkrył tę samą odwrotną zależność między PTC a degustacją antidesma. Odkryli, że wydaje się, że istnieje niewielka populacja ludzi, którzy mogą smakować zarówno „PTC”, jak i antidesma jako gorzkie. To odkrycie może sugerować możliwą przewagę heterozygot, biorąc pod uwagę ich zdolność do odczuwania smaku obu gorzkich związków.

Genetyka

W 1999 roku Mark Hoon i zespół naukowców odkryli rodzinę genów, która koduje receptory smaku, szczególnie dla „gorzkiego” smaku, którą nazwali rodziną genów TAS2R. Przypuszcza się, że locus genu (lub genów), które kontrolują degustację PTC, jest częścią tej rodziny genów TAS2R. W 2003 roku Dennis Drayna i jego współpracownicy z National Institutes of Health (NIH), a także zespół naukowców kierowany przez Un-kyung Kima, odkryli, że zmienność w locus genu TAS2R38 jest odpowiedzialna za przytłaczającą większość wariancji w czułości degustacji PTC (50-80%).

Sugerowano, że receptory smaku i zapachu są kontrolowane przez TAS2R38 z małym genem intronu o długości około 1000 nukleotydów. Jest członkiem rodziny sprzężonych z białkiem G lub 7 transbłonowych receptorów krzyżowych . Wiązanie ligandu z zewnątrzkomórkowym regionem receptora ustawia potencjał czynnościowy, który wysyła impuls do kory czuciowej mózgu, gdzie jest interpretowany jako gorzki smak.

Pozwala to na eksperymentalny test SNP w pozycji 145, który ma najwyższą korelację z polimorfizmami próbki 3. Test izoluje DNA z komórek policzkowych za pomocą zwykłego płukania ust solą i amplifikacji regionu genu TAS2R38 . Zamplifikowany fragment (amplikon) inkubuje się z enzymem restrykcyjnym HaeIII , zawierającym SNP w rozpoznawanej przez nich sekwencji GGCC. HaeIII przecina allel degustacyjny (mający sekwencję GGCC); polimorfizm długości , a 2 allele można łatwo rozdzielić w żelu agarozowym.

Praktycznie wszyscy niedegustatorzy (dd) nie mogą posmakować PTC, podczas gdy degustatorzy homozygotyczni ( TT ) czasami zgłaszają niezdolność lub słabą zdolność wyczuwania substancji chemicznej. Genotyp heterozygotyczny ( Tt ) ma „najbardziej nieszczelny” fenotyp , ponieważ zmniejszona lub nieobecna zdolność degustacji jest stosunkowo powszechna. Jest to formalnie nazywane efektem heterozygotycznym .

Rozwiązania progowe i różniczkowanie Harrisa – Kalmusa

W 1949 roku Harris i Kalmus opracowali metodę różnicowania bimodalnych bodźców progowych do degustacji PTC . Zaproponowali serię 13 roztworów tych substancji z wodą seryjną o połowę od początkowego stężenia 0,13%, tak aby roztwór w teście końcowym zawierał tylko kilka cząsteczek tej substancji. Czystą wodę zastosowano jako czternastą ciecz testową w celu zapewnienia kontroli. Rozróżnienie między dwoma fenotypami „degustatorów” i „niedegustatorów” nastąpiło w piątym rozwiązaniu. Następnie zakładając, że warunkowy dymorfizm kontrolowany przez dwa allele odpowiedniego locus genu , allel kontrolujący brak wrażliwości na smak PTC jest homozygotą recesywną .

• Skala rozwiązań testowych według Harrisa i Kalmusa

Rozwiązanie	PTC (%)
1	0,13
2	0,065
3	0,0325
4	0,01625
5	0,008125
6	0,0040625
7	0,00203125
8	0,001015625
9	0,0005078125
10	0,00025390625
11	0,000126953125
12	0,0000634765625
13	0,0000003173828125
14	Zarówno do sporządzenia roztworów, jak i do kontroli użyto przegotowanej wody wodociągowej.

Chociaż zmienił się pogląd na genetykę indywidualnej wrażliwości na smak PTC, praktycznie wszystkie obecne dane na temat (nie)zdolności smakowej PTC ustalonej na niektóre z tych substancji pochodzą z badań Harrisa i Kalmusa i takie badania są nadal podejmowane. Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że nie sugeruje się lepszej metody dla genetyki masowej populacji .

Dystrybucja fenotypu niedegustacyjnego w wybranych populacjach

Wyniki wielu testów smaku PTC w różnych regionach przeprowadzonych metodą dyskryminacji opracowaną przez Harrisa i Kalmusa w 1949 r., Opublikowano w Annals of Eugenics .

Lokalizacja	Liczba uczestników	% bez degustacji	Bibliografia
Bośnia i Hercegowina	7362	32.02	Hadžiselimović i in. (1982)
Chorwacja	200	27,5	Grunwald, Pfeifer (1962)
Republika Czeska	785	32,7	Kubičkova, Dvořaková (1968)
Dania	251	32,7	Harrison i in. (1977)
Anglia	441	31,5	Harrison i in. (1977)
Węgry	436	32.2	Forai, Bankovi (1967)
Włochy	1031	29.19	Floris i in. (1976)
Czarnogóra	256	28.20	Hadžiselimović i in. (1982)
Užice , Serbia	1129	16.65	Hadžiselimović i in. (1982)
Wojwodina , Serbia	600	26.3	Božić, Gavrilović (1973)
Rosja	486	36,6	Boyda (1950)
Słowenia	126	37,2	Brodar (1970)
Hiszpania	203	25,5	Harrison i in. (1977)