«Ароматна» математика

Геометрія допомагає вченим створювати молекулярну карту «структура–запах»

Людський ніс дуже легко відрізняє аромат свіжозвареної кави запах тухлого яйця, але біохімічний процес, що лежить в основі цього явища досить складний.

В даний час вченими створено «карта нюху» — a геометрична модель того, як молекули об'єднуються між собою і створюють різноманітні аромати.

 Науковці кажуть, що така карта могла б стимулювати напрямок в розробці методу, що дозволяє передбачити реакцію людей на певні комбінації запахів і допомогти у створенні нових ароматів.

Протягом багатьох років вчені робили спроби зрозуміти складну структуру молекул запаху.

Неврологи хочуть краще знати, як ми «обробляємо» аромати; парфумери і виробники продовольчих продуктів хочуть отримати гарну технологію синтезу знайомих ароматів для своїх продуктів. Новий підхід може допомогти тим і іншим.

Існує одна, раніше створена стратегія меппінга нюхової системи на основі группирующихся молекул запаху з подібними молекулярними структурами і використовує ці подібності для передбачення нових комбінацій.

Але така дорога часто призводить до глухого кута.

«Зовсім не обов'язково, що хімічні речовини зі схожими хімічними структурами будуть розпізнаватися подібним чином»,- говорить Тетяна Шарпі, нейробіолог Інституту Біологічних Досліджень Солка, Ла Джолла (Salk Institute for Biological Studies, La Jolla) Каліфорнія, і ведучого автора дослідження, звіт про яке опублікований у серпні в журналі «Успіхи Науки (Science Advances).

Шарпі і її колеги проаналізували молекули запаху чотирьох знайомих і безпомилково впізнаваних ароматів: суниці, помідора, чорниці і мишачої сечі. Дослідники підрахували, як часто і в яких концентраціях певні молекули несподівано з'являються разом в цих специфічних запахи.

На наступному етапі роботи вони створили математичну модель, що молекули, що з'явилися разом, «часто виглядали схожими на букву «T» у просторовому відношенні і молекул, які рідко рухалися, так як відстояли на великій відстані один від одного.

В результаті була отримана "сідловидно" - подібна поверховість-відмінна риса полів, що вивчаються гіперболічною геометрією і які підкоряються відмінним від евклідової геометрії правил: тих, більшість людей вивчає в школі.

Дослідники пропонують алгоритм, складений на базі геометричної гіперболічної моделі, який дозволить передбачати аромати нових комбінацій запаху — або навіть допомагати їх синтезувати.

Один із співробітників Шарпі, невролог-біхевіористи Брайан Сміт з Арізонського державного університету, висловив бажання застосувати цей метод для відтворення запахів в місцях, позбавлених природних ароматів.

«Даний спосіб створення палітри запахів приніс би користь не тільки самим вченим, але і парфюмерам», - говорить невролог Джоул Мэйнланд, вивчає лімбічну систему кори головного мозку, відповідальну за обробку інформації про запахи, з центру хімічних відчуттів Монель у Філадельфії, який не був залучений до дослідження.

«Кінцева мета полягає в тому, щоб дізнатися про те, як працюють запахи і копіювати природні аромати без участі природних джерел», - говорить Мэйнланд. «Ми бажали б нюхати запах суниці, не дбаючи про відтворення інгредієнтів, які знаходяться в ній.»