来自美国马塞诸塞州剑桥县谷歌研究中心脑科学团队的Brian K. Lee等人在2023年8月31日于Science上发表论文题目为“一个主要的气味图统一了嗅觉感知中的各种任务”。该论文的学术编辑Peter Stern评价说：使用图神经网络，Lee等人开发了一个主气味图(POM)，忠实地表示已知的感知层次和距离。该地图优于先前发布的模型，以至于用模型输出取代训练有素的人的反应将改善整体感官评价小组的描述。POM坐标能够预测气味强度和感知相似性，尽管这些感知特征并不是模型训练的明确组成部分。这些结果被用来建立各种嗅觉预测，即使没有微调，也优于以前的特征集。
将分子结构映射到气味感知是嗅觉研究中的一个关键挑战。我们使用图形神经网络生成主气味图(POM)，该图保留了感知关系，并能够对以前未表征的气味进行气味质量预测。该模型在描述气味质量方面与人类一样可靠:在400种样本外气味的前瞻性验证集上，模型生成的气味轮廓比中间小组成员更接近训练小组的平均值。通过应用简单的、可解释的、理论根植的转换，POM在其他几个气味预测任务上优于化学信息学模型，表明POM成功地编码了结构-气味关系的广义映射。这种方法广泛地实现了气味预测，并为气味数字化铺平了道路。
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华沙国际分子和细胞生物学研究所蛋白质结构实验室的研究人员在Marcin Nowotny教授的带领下，使用位于SOLARIS国家同步辐射中心的KRIOS冷冻电子显微镜研究了人类TRPM8蛋白。该成果于2023年11月22日发表在Nature子刊"Communications biology"上。
他们获得的结构将使我们更好地理解影响离子通道活性的小分子化合物的结合机制。它将促进新的小分子化合物的设计，这些化合物可用于治疗与TRPM8蛋白相关的许多疾病，如神经性疼痛、肠易激综合征、口咽吞咽困难、慢性咳嗽和高血压。举个例子，他们与Dompé制药公司的Carmine Talarico博士领导的意大利科学家合作，对icilin的结合进行了建模，icilin是一种小分子化合物，其TRPM8通道激活能力比薄荷醇强200倍。（依色林（英语：Icilin，开发代号：AG-3-5）是一种人工合成的离子通道TRPM8的超级激动剂，化学式为C16H13N3O4，其产生冷觉的能力约为薄荷醇的两百倍。）
对外界刺激的感知是由位于皮肤神经末梢的受体介导的。其中包括瞬时受体电位(TRP)离子通道家族——允许选定离子通过细胞膜的可控流动的多孔结构。离子通道的激活(打开)触发细胞膜的去极化，这导致神经冲动的形成，携带有关检测到的刺激的信息。TRPM8受体负责感觉寒冷。有趣的是，它们也可以被某些化合物激活，比如薄荷醇(薄荷中发现的一种萜烯类醇)。这些热感受器的刺激也与痛觉有关，并且通过持续暴露于寒冷或薄荷醇来使它们脱敏是已知的减轻疼痛的方法。因此，深入了解这些受体的作用是非常重要的，对于疼痛感觉的分子机制的研究，包括TRPM8通道的发现和描述，David Julius和Ardem Patapoutian获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。
Figure 1. Structure of human cold receptor TRPM8
氯离子通过与甜味/鲜味味觉受体的细胞外配体结合域结合来唤起味觉感觉
一项研究发现，低盐浓度如何带来甜味。在一篇名为“氯离子通过与甜味/鲜味味觉受体的细胞外配体结合域结合来唤起味觉感觉”的文章中，发表在2023年2月28日的eLife上。来自日本冈山大学(Okayama University)山下敦子教授发现食盐(NaCl)中的钠离子(Na+)主要驱动盐的味觉，但阴离子(氯离子Cl-)也通过“独特的分子机制”影响味觉。
科学家们之前分析了日本米鱼的味觉感受器的结构，这种感受器与人类的甜味感受器相似，也可以用于结构分析。这种鱼的味觉感受器的一部分可以与氯离子结合。山下敦子教授解释说：“我们之前分析了米鱼的T1r2a/T1r3LBD受体的结构，这使我们意外地发现了Cl-与T1r3LBD的结合。在这项研究中，我们检查了Cl-结合是否会诱导受体的构象变化，我们能够证实Cl-诱导了这种变化。”发现T1r受体的构象变化(或结构变化)与其他味觉物质引起的构象变化相似，表明Cl-确实激活了T1r2a/ T1r3LBD上的甜味受体。由于构象的变化通常表明受体激活，科学家们进一步探索了氯离子对甜味受体(T1r2/T1r3异源二聚体)的激活，它们对糖有反应。敦子教授解释说:“我们想用更好的动物模型来进一步研究这一现象。由于T1r3中的Cl-结合位点在各种物种中都是保守的，我们决定使用小鼠的味觉神经记录来探索Cl-的生理意义。”
为了证明这一点，他们对老鼠进行了电生理实验，他们可以证明，当少量的氯化物放在老鼠的舌头上时，参与甜味信号传导的神经元被激活了。因此，他们证明了低浓度的Cl-可能会通过味蕾中的T1r产生一种“轻”甜味。“氯诱导的味道与T1rs的标准味道物质(如氨基酸或糖)诱导的味道相似，尽管其功效略低。”山下教授说。此外，当提供稀释氯溶液和清水之间的选择时，小鼠识别出氯溶液的味道并表现出对它的偏好。氯化钠诱导的甜味反应浓度很低，甚至小于10 mM，外用含有古尔马林(Glumarin 是一种 35 个残基的多胜肽，源自藤本植物 Gymnema sylvestre (Gulmar)，萝藦科 (Asclepiadaceae) 的成员。由于其能够选择性抑制大鼠对甜味的神经反应，因此它已被用作甜味传递研究中的药理学工具。这种大鼠抑制似乎对糖（甜味剂）分子（如蔗糖、葡萄糖和糖精）以及胺基酸甘氨酸具有高度特异性。尽管甜味抑制蛋白古马林对人类的甜味感觉影响很小或没有影响，但它显示出本质上可逆的迹象，表明该蛋白仅对囓齿类动物的甜味受体有活性)的甜味抑制剂可以抑制这种甜味反应。这些发现支持了一种假设，即小鼠通过特定受体和神经元的作用将氯化物识别为甜味。他们还表明，由于Cl-离子的存在，稀释食盐提供了味觉刺激。
食盐是维持体内平衡的重要成分。这种平衡是由钠的最佳摄入和排泄来调节的。本研究表明，前一过程使用Cl-离子来调节相关受体的分子功能。这项研究的结果将为更细致入微地理解生物体的味觉铺平道路。
加州大学旧金山分校的科学家们打破了我们对嗅觉的长期理解僵局，创造了第一张分子水平的3D图像，展示了气味分子如何激活人类气味受体，这是破译嗅觉的关键一步。
该研究结果于2023年3月15日在线发表在《自然》杂志上，有望重新激起人们对气味科学的兴趣，对香水、食品科学等领域产生影响。气味受体是将气味分子结合在嗅觉细胞表面的蛋白质，它构成了我们身体中最大、最多样化的受体家族的一半。对它们的更深入的理解为对一系列生物过程的新见解铺平了道路。
图2 人类气味受体结合丙酸分子的计算机模型(黄色和红色)。
药物化学副教授、医学博士Aashish Manglik说:“这是该领域一段时间以来的一个巨大目标。”他说，我们的梦想是绘制数千种气味分子与数百种气味受体之间的相互作用图，这样化学家就可以设计一种分子，并预测它的气味。
曼格利克说:“但我们无法绘制这张地图，因为没有图片，我们不知道气味分子是如何与相应的气味受体反应的。”
嗅觉涉及大约400个独特的感受器。我们能检测到的数十万种气味中的每一种都是由不同气味分子的混合物组成的。每一种类型的分子都可能被一组受体检测到，每当鼻子闻到新的气味时，大脑就会产生一个难题来解决。
杜克大学分子遗传学和微生物学教授、Manglik的亲密合作者Hiroaki Matsunami博士说:“这就像在钢琴上敲击键盘来产生和弦一样。”在过去的二十年里，Matsunami的工作一直专注于解码嗅觉。“看到气味受体如何与气味结合，就能从根本上解释它是如何工作的。”
为了创造这张图片，曼格利克的实验室使用了一种称为冷冻电子显微镜(cryo-EM)的成像技术，这种技术使研究人员能够看到原子结构并研究蛋白质的分子形状。但在曼格利克的团队能够可视化气味受体与气味剂结合之前，他们首先需要纯化足够数量的受体蛋白。
众所周知，气味感受器是非常具有挑战性的，有些人说根本不可能在实验室里制备出来。
Manglik和Matsunami团队寻找的是一种在身体和鼻子中都很丰富的气味受体，他们认为人工制造这种受体可能更容易，而且这种受体也可以检测水溶性气味。他们选定了一种名为OR51E2的受体，这种受体已知对丙酸盐有反应，丙酸盐是一种产生瑞士奶酪刺鼻气味的分子。
但即使是OR51E2也很难在实验室中制造出来。典型的低温电子显微镜实验需要一毫克的蛋白质来产生原子水平的图像，但第一作者之一、曼格利克实验室的资深科学家克里斯蒂安·比勒斯布尔博士开发了只用1/100毫克OR51E2的方法，使受体和气味的快照唾手可得。
Billesbølle说:“我们克服了几个长期以来阻碍该领域发展的技术瓶颈，实现了这一目标。”“这样做可以让我们在闻到气味的那一刻，第一次看到气味与人类气味受体的联系。”
这张分子快照显示，由于气味剂和受体之间非常特殊的契合，丙酸盐与OR51E2紧密结合。这一发现与嗅觉系统作为危险哨兵的职责之一相吻合。
虽然丙酸盐有助于瑞士奶酪丰富的坚果香气，但它本身的气味就不那么开胃了。
曼格利克说:“这种感受器专注于感知丙酸盐，可能已经进化到帮助检测食物何时变质。”他推测，薄荷醇和葛缕子等令人愉悦的气味的感受器可能会更松散地与气味相互作用。
除了一次使用大量的感受器外，嗅觉的另一个有趣的特性是我们能够检测到少量可以来来去去的气味。为了研究丙酸盐是如何激活这种受体的，该合作项目邀请了希望之城的定量生物学家Nagarajan Vaidehi博士，他使用基于物理的方法模拟并制作了丙酸盐如何激活OR51E2的视频。
Vaidehi说：“我们进行了计算机模拟，以了解丙酸盐如何在原子水平上引起受体的构象变化。”“这些构象的变化在气味受体如何启动导致我们嗅觉的细胞信号传导过程中起着至关重要的作用。”
该团队目前正在开发更有效的技术来研究其他气味受体对，并了解与这些受体相关的非嗅觉生物学，这些受体与前列腺癌和肠道中血清素的释放有关。
曼格利克设想，在未来，基于对化学物质构象如何导致感知体验的理解，可以设计出新的气味，就像今天的制药化学家根据致病蛋白质的原子形状设计药物一样。
“多年来，我们一直梦想解决这个问题，”他说。“我们现在有了第一个立足点，第一次看到了气味分子是如何与我们的气味受体结合的。对我们来说，这只是一个开始。”
在轻度认知障碍患者中，杏仁核(AMG)和海马体(HI)开始发生病理变化，特别是海马旁回和内嗅皮质(ENT)。这些区域在嗅觉检测和识别中起着重要作用。了解嗅觉障碍的细微迹象与上述区域以及眶额皮质(OFC)的功能之间的关系是很重要的。在这项研究中，我们使用功能磁共振成像(fMRI)评估了在嗅觉刺激(归类为“正常气味”，不诱导记忆检索)时的大脑激活情况，并研究了健康老年人血氧水平依赖(BOLD)信号与嗅觉探测和识别能力的关系。
24名健康的老年受试者在嗅觉过程中接受了功能磁共振成像(fMRI)，并从感兴趣的区域提取原始平均BOLD信号，包括双侧区域(AMG、HI、副海马体和ENT)和眶额亚区(额下OFC、额内侧OFC、额中OFC和额上OFC)。通过多元回归和通径分析来了解这些区域在嗅觉检测和识别中的作用。
左侧AMG的激活对嗅觉检测和识别的影响最大，而耳鼻喉部、副海马体和HI是AMG激活的支持系统。右侧额叶内侧OFC较少的激活与良好的嗅觉识别有关。这些发现提高了我们对边缘和前额叶区域在老年人嗅觉意识和识别中的作用的理解。
耳鼻喉科和副海马体的功能衰退对嗅觉识别有重要影响。然而，AMG功能可能通过与额叶区域的连接来弥补缺陷。
图3 先前研究中感兴趣的嗅觉区域的轴向、水平和矢状面切片(Watanabe et al.， 2018)。AMG，杏仁核；HI，海马状突起；para-HI, 泛海马状突起；ENT，内嗅皮层；OFC，眶额皮质。
这项研究表明，AMG在嗅觉检测和识别中起着核心作用。AMG和OFC的激活对嗅觉识别有相反的影响，它们的相互作用(通过兴奋和抑制机制)可能对嗅觉感知很重要。AMG调节对情绪刺激的注意，并通过AMG激发的胆碱能神经元减少感觉皮层神经元的活动，从而增强感官感受(Ohira, 2004;Whalen等人，1998)。这表明，AMG的兴奋可能会降低额叶内侧OFC的活动，作为额叶区域抑制AMG的另一种机制。
风味是市场上众多产品开发的重要组成部分。加工食品、快餐食品和健康包装食品的消费不断增加，增加了对新型调味剂的投资，从而增加了对具有调味特性的分子的投资。在此背景下，本工作提出了一种科学机器学习(SciML)方法来解决这一产品工程需求。计算化学中的SciML为不需要合成的化合物性质预测开辟了道路。这项工作提出了在这种背景下设计新的风味分子的深度生成模型的新框架。通过对生成模型训练得到的分子进行分析和研究，可以得出这样的结论：即使生成模型通过随机的动作抽样来设计分子，它也可以找到已经在食品工业中使用的分子，不一定是调味剂，也不一定是其他工业部门使用的添加剂。因此，这证实了所提出的方法在香料工业中应用分子挖掘的潜力。
加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的科学家与玛氏高级研究所(Mars Advanced Research Institute)合作，宣布在生产低热量糖替代品(如阿洛酮糖)方面取得了重大突破。这一发现可能有助于解决广泛采用这些替代品的主要障碍之一：生产成本。
阿洛酮糖，也被称为D-psicose，是一种天然存在的稀有糖，为蔗糖(食糖)提供了可行的替代品。它有相似的味道、质地和功能，对那些寻求减少糖摄入量的人来说是一个有吸引力的选择。通过激活微生物中的自然过程，研究人员开发了一种通过精确发酵生产高产、高纯度产品的方法。这一进步有可能大大提高这些产品的可负担性和可及性。
Allulose提供近70%的味道和甜味作为蔗糖，但它是最低限度的代谢，因为它通过身体。通过将其加入食品中，人们可以减少从糖中摄入的卡路里，同时仍然满足他们对甜味的渴望。此外，阿洛酮糖对血糖和胰岛素水平有难以察觉的影响。
加州大学戴维斯分校的化学教授、发表在《npj食品科学》上的论文的通讯作者Shota Atsumi说:“Allulose是糖的一种很好的替代品，但我们还没有一种经济有效的方法来制造它。”“我们的新方法高效、经济可行，可以扩大规模用于商业生产。”
新方法具有99%以上的理论产率和高纯度，因此只需要最少的处理就可以分离出所需的产品。目前的纯纤维素生产方法通常限于低得多的产量和纯度水平，需要昂贵的分离技术从葡萄糖和果糖原料中分离纯纤维素。
Atsumi，博士候选人Jayce Taylor，贾斯汀·西格尔教授和玛氏高级研究所化学系的一些同事寻找一种更有效的方法来制造阿洛酮糖。他们发现了一种工业微生物，它有制造阿洛酮糖的酶——只是它没有以这种方式使用它们。
他们能够编辑生物体的新陈代谢，使细胞将葡萄糖转化为阿洛酮糖。细胞消耗所有的葡萄糖，并将其转化为具有显著浓度的纤维素，产量超过60%，纯度超过95%，优于现有的生产方法。
“一旦通量被重新定向，事实证明细胞拥有完成它所需的一切;它们只需要被打开，不需要的通路被关闭，”Atsumi说。
加州大学戴维斯分校已经就这一过程和转基因生物申请了专利。研究人员正在与一家商业伙伴合作，讨论扩大这一过程的规模。
D-阿洛酮糖的生物合成策略。a目前工业生产D-阿洛酮糖的方法由于正ΔG '°导致收率有限(~50%)。b在提出的D-psicose的生物合成途径中，在细胞反应物浓度为1 mM时，由于负的ΔG 'm较大，脱磷酸化步骤在热力学上推动生产向前发展。c大肠杆菌生物合成D-阿洛酮糖的途径。已删除的步骤用蓝色表示。过度表达的步骤用红色表示。PTS，磷酸转移酶系统;资料来源:npj食品科学(2023)。DOI: 10.1038 / s41538 - 023 - 00231 - 0
二萜生物合成中的隐性异构化和进化上失效的P450的恢复
佛罗里达大学的一个化学家团队公布了一种以前不为人知的天然化合物，以及一个全新的酶家族。这一突破提供了对控制自然物质的复杂过程的见解。它增强了我们对复杂分子在自然界中是如何形成的理解，同时也引发了关于遗传学进化动力学的重大问题。
在发表在《美国化学学会杂志》上的研究结果中，研究人员发现了一种新的萜类化合物，它是以一种不同寻常的方式生物合成的。萜类化合物是一种多种多样的天然化合物，可以在所有生物体中找到。这些化合物以复杂的碳基结构为特征，赋予了不同的三维形状，它们在制药、生物燃料、化妆品和农用化学品中的各种应用引起了广泛的关注。
作为最大的天然产品家族，萜类化合物有助于一系列香水和香料，如精油和薄荷醇。此外，它们在保护植物免受捕食者和病原体侵害方面发挥着至关重要的作用。
该研究的主要作者、化学家杰弗里·鲁道夫说:“萜烯很酷，而且不仅仅是植物产生萜烯。”“所有类型的细菌也会产生它们。”
Jeffrey Rudolf, PhD.
在萜类化合物的多种应用中，鲁道夫的研究小组对它们的药用价值很感兴趣。虽然萜类化合物目前被用于生产抗癌药物紫杉醇和抗疟疾药物青蒿素，鲁道夫的团队希望他们对萜类化合物复杂性的了解将为改善人类健康开辟新的途径。鲁道夫实验室采用跨学科方法进行研究，涉及微生物学、遗传学、基因组学、化学、生物合成、代谢组学和酶学等方面。
“我们对研究细菌来源的萜类化合物很感兴趣，”鲁道夫说，“因为它们的结构、生物活性和特性与植物、真菌和动物产生的萜类化合物不同。”
萜类化合物的多种特性使它们成为药物发现的宝贵基石，因为即使是分子中很小的结构变化也会极大地改变其活性。这使得发现一种新的萜类化合物成为取得进展的关键一步。鲁道夫说:“它的有机结构在自然界中极为罕见，已知的病例只有四个。”
除了潜在的健康应用之外，鲁道夫的团队还对更好地理解大自然的运作方式感兴趣。鲁道夫说，研究小组发现的萜类化合物很少在细菌中发现，但在珊瑚中很常见。
他说:“这些分子是如何以及为什么在这些生活在不同环境中的截然不同的生物体中产生的，这是一个广泛的生物合成和进化问题。”
在他们的调查过程中，化学家们还偶然发现了一个全新的酶家族。鲁道夫解释说，生物化学家通常可以通过研究酶的蛋白质序列来预测酶的功能，这依赖于以前研究过的类似酶的知识。然而，这种特殊的酶的序列不同于任何其他特征蛋白，使其在该领域完全未知。
研究人员还发现了一种由于进化基因缺失而失去自然功能的酶。通过修复这一遗传缺陷，他们能够恢复其祖先的功能。它在自然界中丧失功能背后的原因仍然是一个引人注目的谜。
这些发现使我们能够了解这些复杂分子在自然界中是如何形成的，识别和开发用于合成应用的生物催化工具，并将新的基因信息用于未来的天然产物发现。
展望未来，鲁道夫的团队希望继续寻找新的萜类化合物。鲁道夫说:“我们只触及了已知细菌萜类化合物的表面。”“随着这些酶的发现，我们现在可以用它们来探测微生物基因组，以发现新的分子。”
Tuna has been a cat favorite for ages.SVETLANA SULTANAEVA/ISTOCK
除了传说中加菲猫爱吃千层面之外，也许没有什么食物比金枪鱼更能让人联想到猫了。从《纽约客》(The New Yorker)的漫画到喵喵混合(喵喵Mix)的广告歌，这道菜是所有东西的主食，而且超过6%的野生捕捞鱼被用于制作猫粮。然而，对于在沙漠中进化的动物来说，金枪鱼(或任何海鲜)是一种奇怪的最爱。现在，研究人员表示，他们已经找到了这种奇怪渴望的生物学解释。
在本月发表在《化学感官》杂志上的一项研究中，科学家们报告说，猫的味蕾中含有检测鲜味所需的受体。鲜味是各种肉类的咸味和浓郁的味道，是除了甜、酸、咸、苦之外的五种基本味道之一。事实上，鲜味似乎是猫寻找的主要味道。对于专性食肉动物来说，这并不奇怪。但研究小组还发现，这些猫的受体对金枪鱼中高浓度的分子有独特的调节作用，这就揭示了为什么我们的猫科朋友似乎更喜欢这种美食。
“这是一项重要的研究，它将帮助我们更好地了解我们熟悉的宠物的偏好，”明治大学的分子生物学家、研究哺乳动物和鸟类鲜味进化的领军人物户田康香说。Toda说，这项工作可以帮助宠物食品公司为猫开发更健康的饮食和更可口的药物，他没有参与这项由行业资助的研究。
猫有独特的味觉。它们尝不出糖的味道，因为它们缺乏一种感知糖的关键蛋白质。这可能是因为肉中不含糖，宠物食品制造商玛氏宠物英国旗下沃尔瑟姆宠物科学研究所(Waltham Petcare science Institute)感官科学团队的风味科学家和研究经理斯科特·麦克格莱恩(Scott McGrane)说。他说，进化论中有句话:“如果你不使用它，你就会失去它。”猫的苦味感受器也比人类少——这是超级食肉动物的共同特征。
但是猫必须品尝一些东西，McGrane推断，这种东西很可能是肉的美味。在人类和许多其他动物身上，tas1r1和tas1r3两个基因编码的蛋白质在味蕾中结合在一起，形成一种检测鲜味的受体。先前的研究表明，猫在味蕾中表达Tas1r3基因，但不清楚它们是否有另一个关键的基因。
因此，McGrane和他的同事们对一只6岁的公猫的舌头进行了活检，这只公猫因与研究无关的健康原因被安乐死。基因测序显示，猫的味蕾同时表达Tas1r1和Tas1r3基因，这是科学家首次发现猫拥有检测鲜味所需的所有分子机制。
然而，当研究人员将这些基因编码的蛋白质序列与人类的序列进行比较时，他们发现了一个惊人的差异：允许人类受体与谷氨酸和天冬氨酸结合的两个关键位点在猫身上发生了突变。谷氨酸和天冬氨酸是激活人类鲜味的主要氨基酸。“所以我开始想，也许猫尝不出鲜味，”麦克格莱恩说。
为了再次验证，他和他的团队对细胞进行了改造，使其表面产生了猫鲜味受体。然后，他们将细胞暴露在各种氨基酸和核苷酸中。这些细胞确实对鲜味有反应——但有一个转折。在人体中，氨基酸首先结合，核苷酸放大反应。但在猫身上，核苷酸激活了受体，氨基酸进一步增强了受体，McGrane说。“这与我们在人们身上看到的完全相反。”
在实验的最后一部分，McGrane和他的同事给25只猫做了味觉测试。在一系列的试验中，他们给猫两碗水，每碗都有不同的氨基酸和核苷酸的组合，或者只有水。猫对含有鲜味丰富食物中的分子的碗表现出强烈的偏好，这表明这种味道——高于其他所有味道——是猫的主要动力。
户田说:“我认为鲜味对猫来说就像甜对人一样重要。”她指出，狗既能尝出甜味，也能尝出鲜味，这或许可以解释为什么它们不那么挑食。
但猫渴望的不仅仅是鲜味。猫对含有组氨酸和肌苷单磷酸的碗表现出特别的偏好，这些化合物在金枪鱼中含量特别高。“这是最受欢迎的组合之一，”McGrane说。“它似乎真的达到了鲜味的最佳点。”
这与户田的个人经历相吻合。当她还是一名兽医学生的时候，她在猫的食物上撒上干鲣鱼片——日本常见的鲜味原料，是金枪鱼的近亲——让猫没有食欲。“效果很好!”她说。
McGrane说，事实上，这项工作的一个应用可能是开发对猫来说更美味的食物。他还认为，一勺鲜味(形象地说)可以帮助猫的药物更容易被吃下——这对那些为了给猫服药而几乎失去一根手指的人来说是个好消息。
为什么猫一开始就对金枪鱼情有独锺仍然是个谜。大约1万年前，它们在中东的沙漠中进化而来，在那里，任何种类的鱼都不太可能出现在菜单上。
这可能是猫随着时间的推移而形成的一种口味。早在公元前1500年，古埃及的艺术作品就描绘了猫吃鱼的画面。到了中世纪，一些中东港口的猫科动物开始大量食用鱼类——包括金枪鱼——可能是因为它们以渔民留下的残羹剩饭为食。圣路易斯华盛顿大学的动物考古学家菲奥娜·马歇尔说，在这两种情况下，进化出吃鱼的猫——尤其是金枪鱼——可能比它们的同伴更有优势。
McGrane承认:“我们正处于一个起点，这并不是一个完整的故事。“但所有这些工作都是为了建立我们对猫的基本理解。”
茉莉花的清香是一种感官上的愉悦。这种甜味在茶、香水和百花香中很受欢迎。但只要吸一口浓缩的精油，令人愉悦的香气就会变得令人腻味。事实上，花的部分气味来自于粪臭素，这是粪便气味的主要成分。
我们的嗅觉显然是一个复杂的过程；它涉及数百种不同的气味受体协同工作。气味对特定神经元的刺激越多，该神经元向大脑发送的电信号就越多。但加州大学圣巴巴拉分校的研究人员发现，当气味超过一定阈值时，这些神经元实际上会安静下来。值得注意的是，这与大脑识别每种气味的方式是不可或缺的。“这是一个功能；它不是坏事，”分子、细胞和发育生物学副教授马修·路易斯说。
发表在《科学进展》杂志上的这一矛盾的发现动摇了我们对嗅觉的理解。“同样的气味可以由不同浓度的活跃嗅觉感觉神经元的不同模式来表现，”路易斯说。“这也许可以解释为什么在低浓度、中浓度和高浓度下，我们可以感受到一些气味的不同。”比如，从远处看一根成熟香蕉的味道(甜美的水果味)和近距离看一根成熟香蕉的味道(浓烈的油漆味)。”
From left: David Tadres, Jeff Moehlis, Matthieu Louis and Philip Wong
人类的鼻子里有几百万个感觉神经元，每个神经元都有一种气味受体。总的来说，我们有大约400种不同类型的受体，它们具有重叠的敏感性。每种化合物就像受体试穿的不同的鞋子。有些鞋子很合脚，有些比较合脚，而有些根本不合脚。更合适的受体会产生更强烈的反应。增加一种气味的浓度会招惹那些对这种物质不那么敏感的神经元。我们的大脑利用激活神经元的组合来区分气味。
科学家们认为，在一定的气味浓度以上，神经元会有效地达到最大值，在这一点上，它们的活动会趋于平稳。但由路易斯的研究生大卫·塔德雷斯领导的研究小组发现了完全相反的结果：神经元在一定程度上实际上是沉默的，最敏感的神经元首先消失。
果蝇幼虫是研究嗅觉的理想模型。它们的气味感受器种类和感觉神经元的数量一样多，也就是21个。这种一对一的对应关系使得测试每个神经元在做什么变得简单。
在这项研究中，塔德雷斯检测了完全丧失嗅觉的突变幼虫。然后，他有选择地在一个感觉神经元上重新开启这种感觉，使幼虫只能探测到激活该特定受体的气味。他把它们放在气味源旁边观察。
即使只有一个正常的嗅觉通道，幼虫仍然可以向更强烈的气味移动。但值得注意的是，它们在距离气味源一定距离的地方停了下来，只是在固定的轨道上绕着气味源转圈。塔德斯用一个对他正在测试的气味稍微不那么敏感的神经元重复了这个实验，发现幼虫在停止之前更接近气味源。
对这种行为感到困惑的塔德雷斯用电极测量了感觉神经元的活动。正如预期的那样，随着气味变得更加集中，信号也会增加。但这一活动并没有在某一水平上保持平稳，而是跌至零。这就是为什么突变的幼虫在气味源周围盘旋；超过一定浓度，气味就消失了。
“嗅觉感觉神经元的沉默可以很容易地解释盘旋行为，这在以前是神秘的，”塔德雷斯说。“从这里不难推断，目前关于不同浓度下气味如何编码的观点需要更新。”
研究人员知道，过度的刺激会导致神经静默，这种效应被称为“去极化阻滞”。然而，人们一致认为，这种超负荷不会在自然、健康的条件下发生。事实上，这种反应与癫痫等疾病有关，当它发生在中央大脑时。但当塔德雷斯观察到它对幼虫行为的影响时，他怀疑这不仅仅是实验的产物。
塔德雷斯和路易斯开始研究去极化阻滞的原因。为了寻求帮助，他们联系了机械工程系主任杰夫·莫里斯教授和路易斯的博士生菲利普·王(由莫里斯共同指导)，后者开始构建系统的数学模型。
神经元膜上的电压可以用一个方程组来描述。这个模型是1952年的一项突破性发现，并为其发现者阿兰·霍奇金和安德鲁·赫胥黎赢得了诺贝尔奖。在这个案例研究中，Wong添加了气味受体的数学表示，这是启动模型其余部分的“触发器”。他还加入了一项来自癫痫研究领域的修改，其中高刺激会关闭细胞膜上的某些离子通道，阻止神经元放电。
Wong的模型能够拟合并预测Tadres对神经元电活动的测量结果。Wong说:“这非常有用，因为电生理数据很难收集，而且分析起来非常耗时。”
除了证实实验结果外，该模型还指导团队继续研究这种效应。“这个模型可以准确地告诉我们每个神经元是如何对不同的气味做出反应的，”Wong说。
该模型的成功指出了去极化阻滞的可能来源：动物王国神经元中存在的特定离子通道。如果这是真的，这表明大多数感觉神经元可能在强烈和持续的刺激后陷入沉默。该团队希望在即将到来的研究中验证这一假设。
更重要的是，该模型预测，从低气味浓度上升到高浓度时，系统的行为会有所不同。测量幼虫神经元的电压证实了这一点。当神经元下降时，它不会在阈值以下重新激活。事实上，在气味浓度降至零之前，它基本上保持沉默，然后才恢复正常活动。
这项研究表明，高浓度的气味可以使最敏感的受体沉默。这个反直觉的结果标志着我们对气味的理解发生了根本性的转变。路易斯解释说：“当你增加一种气味的浓度时，你会开始招惹越来越多的对这种化合物不那么敏感的气味受体。”“因此，在我们的工作之前，普遍的观点是，你只是不断地向图像中添加活跃的气味受体。”
这是有道理的，直到你把系统作为一个整体来考虑。如果是这样的话，那么一种化合物应该在一定程度上激活几乎所有的受体。“所以你不可能在非常高浓度的情况下区分两种不同的气味，”塔德雷斯说。“但事实显然并非如此。”
Photo Credit TADRES ET AL.
在之前的模型中(上图)，随着气味浓度的增加，气味会激活越来越多的嗅觉感觉神经元。新的发现(下图)表明，当其他神经元加入时，最敏感神经元的活动减弱。
