2012 搞笑諾貝爾化學獎:Wasabi 救命「鐘」

說起山葵 (wasabi),必會令人想起魚生壽司。以前或許是受當時某個低級趣味電視節目影響,跟朋友去吃迴轉壽司我都會蘸特別多 wasabi,喜歡它極其強烈的味道,邊吃邊享受那刺激鼻竇的短暫痛楚,感覺似是在玩多於醫肚。但原來除了增添食物風味之外,山葵刺激鼻竇和淚腺的作用還可以用來救命。

發明「山葵警報器」的日本滋賀醫科大學今井眞 (Makoto Imai) 的七人研究團隊榮獲 2011 年的搞笑諾貝爾化學獎 [1]。這個警報器會釋放超級無敵辣辣的山葵氣味,並非如一般「火警鐘」靠敲鐘發出大聲作警告!日本也真有不少荒誕不經的搞笑商品,但這個山葵警報器絕不是用來整蠱人的玩具,而是一個針對聾人的發明。當火警發生時,山葵警報器就以嗆鼻的氣味來代替刺耳的聲音,幫助喚醒熟睡中的聾人逃離險境。

你能想到其他異常的方法來發出警報嗎?閃光?睡著了就看不見啊。震動手環?始終將感應器戴在身上是很麻煩的。研究團隊嘗試過用不同氣味,包括檸檬、薄荷、草藥、硫磺、燒木材的氣味,甚至是臭雞蛋、甲硫醇等腐爛惡臭。結果他們發現嗆鼻的山葵氣味最有效把人喚醒。而山葵其中一個主要成分是異硫氰酸烯丙酯 (Allyl isothiocyanate,簡稱 AITC)。

圖:異硫氰酸烯丙酯

為了測試 AITC 對睡眠的影響,研究團隊不得不「通頂」做實驗,找來測試者在佈置成睡房的實驗室內睡覺,然後釋放特定濃度的合成 AITC 噴霧,半分鐘內房間就充滿嗆鼻的氣體。利用睡眠多項生理檢查 (Polysomnography) 來監測他們的睡眠狀況和對每種刺激的身體反應。當測試者受到 AITC 刺激醒來時便按下按鈕,從而記錄反應時間。這實驗總共有 32 位成人(包括 17 位健聽者和 15 位失聰人士),結果除了一位當時患上鼻塞的人對 AITC 沒有反應之外,所有其他測試者均在兩分半鐘內被山葵氣味「辣醒」,並在 4 分鐘內按下按鈕。研究又發現聾人對 AITC 較為靈敏,他們的平均反應速度比健聽者快,和會被較低濃度的 AITC 喚醒。搞笑諾貝爾獎評委會稱讚團隊確定了空氣中用以喚醒人的理想山葵濃度 (5-15 ppm),更將研究所得轉化成非常特別而且實用的新穎警報裝置。

其實這發明早在 2009 年已申請美國專利,有份開發的公司亦已在日本銷售這產品,團隊更將它贈予聾人學校。山葵警報器相當有潛力用於嘈雜的環境,例如在夜點和卡拉OK 等人群可能忽略警鐘響聲的地方,因此,這發明也不只惠及聾人啊。

其實將山葵說成有嗆鼻的「味道」也不太準確,我們吃山葵時的嗆鼻感覺,其實是來自鼻竇內神經細胞感應 AITC 所發出輕微痛楚和強烈刺激的化學訊號。所以實驗中的測試者其實是被山葵煙霧「痛」醒的。況且,相信人熟睡時的嗅覺也很可能關了機。而在鼻腔內負責接收痛楚訊號的感應器是分佈在神經細胞表面,一種簡稱 TRPA1 (讀做「trip A1」) 的受體蛋白質,它有個暱稱叫山葵受體 (wasabi receptor),TRPA1 除了感應食物和環境中有害物質的化學訊號外,它亦負責人體內的疼痛感覺。

山葵跟搞笑和正經的諾貝爾獎都甚有淵源。 2021 年加州大學三藩市分校 David Julius 因為發現溫度和觸覺的受體而有份榮獲諾貝爾生理醫學獎。他其中一個刊登於《自然》期刊的研究,就是找出 TRPA1 分子感應由山葵、洋蔥、濃煙到催淚彈等刺激物質的機制 [2]。 Julius 的研究團隊自 2015 年利用低溫電子顯微鏡技術率先揭示 TRPA1 分子複雜的三維結構影像 [3],他們以 0.4 納米的解像度,即是以原子的尺度看清楚這個蛋白質如何感應那些聽來不相關,但卻同樣令人「熱淚盈眶」的刺激物。當這些物質與 TRPA1 結合時,會改變受體蛋白質分子的構象,這輕微的物理變化就如「啪着」感覺神經的開關掣,讓離子湧入並激活神經細胞,傳遞痛楚訊號。 Julius 在更早的時候亦有利用辣椒素確定負責感應熱的基因,並找到神經末梢上負責感應辣椒素的受體 TRPV1。

TRP 是「瞬時受體電位通道」(transient receptor potential channel) 的簡稱,而 TRPV1 和TRPA1 有趣之處是它們都屬於責感知痛和溫度的感應器,即是它除了能夠感應物理上的熱之外,亦會受辣椒素和山葵等化學物質刺激。被激活的受體會打開離子通,讓離忽然進出神經細胞,產生電訊號,並傳達熱和痛的訊號上大腦。辛辣的食物本身不一定是「熱」,但卻會帶給我們辣到痛的感覺。

舌尖上的味蕾負責感應食物甜、酸、苦、鹹、鮮,味蕾是由味覺細胞組成。味道感受器屬於另一類的化學接收器。味覺還味覺辣還辣,辣椒素和山葵令我們的舌頭感覺熱和痛,嚴格來說辣並非味覺。除了熱和辣之外,TRPA1 亦與痕癢、機械壓力、組織損傷和因發炎而產生的痛感有關,痛和溫度受體的研究將有助加速日後治療發炎痛症的新藥開發 [4]。

更多「辣之科學」見作者 Patreon:https://www.patreon.com/posts/57066300 

參考文獻 :

[1] Improbable Research homepage https://www.improbable.com/tag/wasabi/ 

[2] Irritant-evoked activation and calcium modulation of the TRPA1 receptor: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2480-9

[3] Sushi Meets Science: Mapping the ‘Wasabi Receptor’ YouTube: https://youtu.be/5SOC45GQvHo [4] ‘Wasabi Receptor’ Reveals Its Eye-Watering Secrets (2020) https://www.ucsf.edu/news/2020/07/418136/wasabi-receptor-reveals-its-eye-watering-secrets

Dr Karen

麥嘉慧,人稱Karen博士,科普節目嘉賓/主持。香港科技大學生物學學士及化學博士,曾任教於新加坡國立大學,2008年回港先後在教育學院、浸大和港大工作,教授通識教育以至化學碩士課程。現為自由科普專欄作家,著有《Karen博士21個海洋大探索》,譯有《卡通生物科技》(英譯粵/中),最近正摺埋寫書和低調地開展科普項目。

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