กลไกอัศจรรย์ของผลมหัศจรรย์ (miracle fruit)

โดย นพปฎล มากบุญ

ผมเชื่อว่าหลายคนคงรู้จักความมหัศจรรย์ของพืชนี้ดี สิ่งมหัศจรรย์จะเกิดขึ้นเมื่อเรากินผลสีแดงของมัน และตามด้วยของเปรี้ยวๆ ตามไป หลังจากนั้นไม่นานความเปรี้ยวก็เปลี่ยนเป็นความหวานไปในบัดดล! แม้จะมีการศึกษามากมายเกี่ยวกับสารและคุณสมบัติที่ทำให้เกิดความหวานนี้ขึ้น แต่ยังไม่มีนักวิจัยกลุ่มไหนสามารถอธิบายกลไกการเกิดนี้ได้เลย จนกระทั่งเมื่อเดือนกันยายนที่ผ่านมานี้ ทีมนักวิจัยญี่ปุ่นและฝรั่งเศสสามารถอธิบายกลไกดังกล่าวได้สำเร็จเป็นครั้งแรก!


ต้นมหัศจรรย์

ต้นมหัศจรรย์ (Synsepalum dulcificum) พืชชนิดนี้มีถิ่นกำเนิดอยู่ในแถบตะวันตกของทวีปแอฟริกา ต้นมหัศจรรย์เป็นต้นไม้ที่มีความสูงได้มากถึง 5เมตรและได้รับพัฒนาปรับปรุงพันธุ์ให้มีความสูงไม่มากนักเพื่อให้เหมาะกับการนำมาปลูกเป็นไม้ประดับตามบ้านเรือน ดอกมีกลิ่นหอม ออกผลตลอดทั้งปี และผลแก่จะมีสีแดงสด ความมหัศจรรย์ที่เกิดขึ้นก็คือ หลังจากเรากินผลสีแดงของมันไป และตามด้วยอาหารที่มีรสเปรี้ยว ความเปรี้ยวของอาหารนี้จะเปลี่ยนเป็นรสหวาน และอยู่ได้นานไม่ต่ำกว่า 1ชั่วโมง ซึ่งความรู้นี้มีนานมาหลายศตวรรษจากชาวแอฟริกาพื้นเมืองที่มักจะกินผลไม้ชนิดนี้ก่อนกินของเปรี้ยวครับ


ภาพโมเดลของสารมิราคูลิน (สีเขียว) ที่จับกับตัวรับรสหวาน (สีเทากับสีเหลือง) อย่างเหนียวแน่น (Koizumi et al., 2011)

ความมหัศจรรย์ในการเปลี่ยนรสเปรี้ยวให้เป็นรสหวานนี้ทำให้มีการศึกษามากมายเกี่ยวกับสารสำคัญและคุณสมบัติของมัน จนในปี พ.ศ. 2511 ทั่วโลกจึงได้รู้ว่าสารที่ทำให้เกิดความหัศจรรย์นี้ก็คือ มิราคูลิน (Miraculin; MCL) โดยการศึกษาของ J.N. Brouwer สารมิราคูมินเป็นไกลโคโปรตีนที่ประกอบไปด้วยกรดอะมิโน 191ตัวและน้ำตาลโดยมีน้ำตาลเป็นองค์ประกอบ 13.9%ไม่มีสีและไม่มีรสชาติ มีการตั้งทฤษฎีกลไกการทำงานของสารนี้ว่า เมื่อเรากินลูกมหัศจรรย์สีแดงสดเข้าไป สารมิราคูลินจะจับกับตัวรับรสหวานในตุ่มรับรส (taste bud) และเปลี่ยนโครงสร้างของตัวรับ ทำให้ตัวรับรสหวานตอบสนองกับทั้งรสหวานและรสเปรี้ยว และเมื่อเรากินอาหารที่มีรสเปรี้ยวตามไป ตัวรับรสหวานก็ทำงานและส่งกระแสประสาทไปยังสมองบอกว่าอาหารนั้นมีรสหวานนั่นเอง อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีนักวิทย์คนใดทำการทดลองเพื่อยืนยันทฤษฎีดังกล่าว

(A) ในสภาวะเป็นกลาง มิราคูลิน (ในรูป inactive) จะยับยั้งการทำงานของตัวรับรสหวาน แต่ในสภาวะเป็นกรด มิราคูลินจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและทำให้ตัวรับทำงานได้มากขึ้น ส่วน (B) เมื่อสภาวะเป็นกลางและมีสารให้ความหวานอื่นๆ รวมอยู่ด้วย มิราคูลินจะไปลดการทำงานของตัวรับ (Koizumi et al., 2011)
จนกระทั่งเดือนกันยายน พ.ศ. 2554  ทีมนักวิจัยชาวญี่ปุ่นและฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์ความสำเร็จในการไขกลไกการทำงานของสารมิราคูลินลงในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) พวกเขาได้ทำการศึกษาการทำงานของสารมิราคูลินในตัวรับรสหวานทั้งของคนและหนูที่ดัดแปลง(มาจากเซลล์ไตของมนุษย์)เพื่อให้ทราบว่าบริเวณพื้นที่ใดของตัวรับรสหวานที่สารนี้ไปเกาะ พวกเขาพบว่า สารมิราคูลินจะไปเกาะกับตัวรับรสหวาน (ชื่อว่า hT1R2-hT1R3) อย่างเหนียวแน่น ในสภาวะที่เป็นกลาง (ไม่เป็นกรดหรือด่าง) มิราคูลินจะมีโครงสร้าง (‘inactive form’) ที่ไปยับยั้งการทำงานของตัวรับรสหวาน ทำให้เรารับรู้ว่ามิราคูลินไม่มีรสชาตินั่นเอง แต่ถ้ามีสารให้ความหวานอื่น (sweeteners) เกาะร่วมอยู่ด้วย มิราคูลินจะไปลดการทำงานของตัวรับรสหวานลง ทำให้เรารับรู้ถึงความหวานของสารให้ความหวานอื่นลดลง และเมื่ออยู่ในสภาวะเป็นกรด มิราคูลินจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (อยู่ในรูป 'activeform’) และกระตุ้นการทำงานของตัวรับรสหวานให้มากขึ้น ทำให้เราได้รับรู้รสหวานเมื่อกินอาหารที่มีรสเปรี้ยวตามไป (ยิ่งของกินมีรสเปรี้ยวมากเท่าใด เราก็จะรับรู้รสหวานมากขึ้นเท่านั้น) และยิ่งมีสารให้ความอื่นรวมอยู่ด้วย จะทำให้เรารับรู้ความหวานของสารให้ความหวานอื่นมากกว่าปกติ และเมื่อกลืนของเปรี้ยวไปแล้ว สารนี้จะกลับสู่ร่างเดิม ('inactive form')  และเกาะติดแนบแน่นกับตัวรับนานประมาณ 1ชั่วโมง


การทำงานของตัวรับหวานต่อมิราคูลินในค่า pH ต่างๆ จะเห็นว่าตัวรับทำงานได้ดีในสภาวะที่เป็นกรด (Koizumi et al., 2011)
นอกจากนี้ พวกเขายังเทียบกลไกและคุณสมบัติของมิราคูลินกับสารที่แปลงความเปรี้ยวเป็นความหวานอีกอย่างหนึ่งคือ สารนีโอคูลิน (neoculin; NCL) ที่อยู่ในผลของต้นพร้าวนกคุ่ม (Lempah; Curculigo latifolia) ที่พบทางใต้ของประเทศไทยและทางตะวันตกของประเทศมาเลเซียแล้วพบว่า นีโอคูลินมีทั้งความเหมือนและความต่างกับมิราคูลิน สิ่งที่เหมือนกันคือ สารนี้ก็เกาะกับตัวรับรสหวาน และรับรู้รสหวานเมื่อกินอาหารที่มีรสเปรี้ยวเหมือนกัน แต่สิ่งที่แตกต่างกันคือ สารนีโอคูลินมีขนาดและรูปร่างแตกต่างกัน และมันเกาะกับตัวรับรสหวานคนละพื้นที่ อีกทั้งตัวมันเองมีรสหวานในสภาพที่เป็นกลาง และจะหวานมากขึ้นเมื่ออยู่ในสภาพที่เป็นกรด


ต้นพร้าวนกคุ่ม (Curculigo latifolia) (ที่มา: http://herba.herbal.my/wp-content/uploads/2010/09/lemba.jpg)  
สิ่งที่น่าสนใจก็คือ โปรตีนโดยทั่วไปจะไม่มีรสหวาน (ลองนึกถึงเนื้อดูครับ) และผลไม้ก็มักเต็มไปด้วยน้ำตาลเพื่อดึงดูดให้สัตว์กินแล้วช่วยในการแพร่กระจายเมล็ดที่อยู่ภายในผลของมัน แต่วิวัฒนาการก็ทำให้พืชบางกลุ่มกลับใช้โปรตีนแสนกลแทนน้ำตาล ซึ่งอาจเป็นเพราะต้นพืชสร้างน้ำตาลได้น้อย พืชจึงสร้างโปรตีนที่ทำให้สัตว์ที่กินผลเข้าไปกลับรับรู้ถึงรสหวานขึ้นมาแทน มิราคูลินและนีโอคูลินเป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของโปรตีนที่ให้รสหวานมากมายครับ


ผลิตภัณฑ์มิราคูลินแบบเม็ด (Miraculin tablets)
(ที่มา: http://www.thinkgeek.com/images/products/zoom/ab3f_miracleberry_fruit_tablets.jpg)

ด้วยผลที่น่ามหัศจรรย์นี้เอง ทำให้มิราคูลินเป็นหนึ่งในตัวเลือกของสารให้ความหวานที่มาจากธรรมชาติ เพื่อช่วยเหลือผู้ที่ป่วยเป็นโรคเบาหวานและผู้ที่ต้องการลดความอ้วน แต่สารนี้ไม่ได้รับอนุญาตจากคณะกรรมการอาหารและยาสหรัฐ (FDA) ให้วางขายในท้องตลาด แต่ในประเทศญี่ปุ่น กระทรวงสาธารณสุขและสวัสดิการได้พิสูจน์แล้วว่าสารมิราคูลินเป็นสารเติมแต่งอาหารที่ปราศจากอันตราย จึงมีการคิดค้นสารมิราคูลินแบบเม็ดวางขายกัน ต่อไปเราคงไม่ต้องรอให้มีความรักเพียงอย่างเดียว แค่กินลูกมหัศจรรย์ อะไรที่ว่าเปรี้ยวก็แสนหวานได้เช่นกันครับ

------------------------------------------------------------------------------------------------------

อ้างอิง:
   Ayako Koizumi, Asami Tsuchiya, Ken-ichiro Nakajima, Keisuke Ito, Tohru Terada, Akiko Shimizu-Ibuka, Loic Briand, Tomiko Asakura, Takuma Misaka, and Keiko Abe. 2011. Human sweet taste receptor mediates acid-induced sweetness of miraculin. Proceedings of the National Academy of Sciences (สามารถโหลดได้จาก http://www.pnas.org/content/early/2011/09/16/1016644108.full.pdf+html)