Kleines Protein mit großem Potenzial

Fleißarbeit in den Laboren von BRAIN und bei akademischen Partnern: Um herauszufinden, wie sich der Austausch einer einzelnen Aminosäure auf die Stabilität und auf das sensorische Profil des süß schmeckenden Proteins Brazzein auswirkt, haben BiologInnen und BiochemikerInnen bei BRAIN eine Gen-Sequenzbibliothek von rund 2000 Brazzein-Varianten erstellt und diese Bibliothek anschließend in der Hefe Pichia pastoris exprimiert.

Warum die ganze Mühe? Brazzein ist seit langem als natürliches Süßungsmittel bekannt; es findet sich in der Natur in Beeren der westafrikanischen Pflanze Pentadiplandra brazzeana. Da die GeschmacksforscherInnen bei BRAIN zu alternativen Süßungsmitteln und Süßkraftverstärkern forschen, gehört u.a. die Untersuchung molekularer Strukturen süß schmeckender Proteine dazu.

Zurück zur Gen-Sequenzbibliothek: Die schon genannten Hefen der Art Pichia pastoris erhielten also jeweils über ein „Plasmid-Taxi“ eine Gen-Sequenz-Variante und synthetisierten während der Fermentation im „Fermentationskessel“ die dazugehörige Proteinvariante. So stellte BRAIN über 2000 Proteinvarianten her und charakterisierte diese im Anschluss − letzteres in Kooperation mit dem französischen INRA (im Januar 2020 in das INRAE aufgegangen, Frankreichs neuem nationalen Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt).

Was bleibt von der Fleißarbeit?

Die Ergebnisse aus diesen Testreihen befähigen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaflter bei BRAIN dazu eine breite Palette neuer Brazzein-Varianten zu identifizieren, und zwar solche, die entweder süßer, genauso süß oder weniger süß sind im Vergleich zum Brazzein-Wildtyp. Ob die Süße früher oder später einsetzt, ob sie schnell wieder verschwindet oder eher verweilt – diese Bewertung der zeitlichen Empfindung und auch Fehlgeschmäcker wie bitter oder metallisch, übernimmt allerdings ein „humaner Sensor“: die menschliche Zunge von Testern. Ergebnis der Fleißarbeit ist außerdem die Erkenntnis, dass das Expressionsniveau in den Hefen und das sensorische Profil einiger Brazzein-Varianten im Vergleich zum Brazzein-Wildtyp sehr viel besser sein kann, wenn man nur eine einzige Aminosäure austauscht.

Seine Ergebnisse hat das „Taste-Team“ der BRAIN kürzlich im Rahmen der (virtuellen) wissenschaftlichen Tagung "International Symposium on Olfaction and taste" ISOT 2020 vorgestellt.

Förderung: Die hier beschriebenen Arbeiten sind Teil der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten strategischen Allianz Natural Life Excellence Network 2020 (NatLifE 2020, Förderkennzeichen: 031A206B / 031B0089A). In dieser Allianz entwickeln die Partner seit 2013 nachhaltige Produktionsprozesse und neue Testsysteme für innovative bioaktive Inhaltsstoffe, Proteine und sogenannte „Small Molecules“ für die Lebensmittel- und für die Kosmetikindustrie.