Optische Biosensoren in der Geschmacksforschung

WissenschaftlerInnen der BRAIN AG und der Hochschule Mannheim haben ein umfassendes wissenschaftliches Review zu aktuellen Methoden zur Geschmacksforschung und zum Potenzial optischer Biosensoren verfasst.

Die Geschmäcker sind bekanntlich verschieden – aber was sich im heutigen Sprachgebrauch meist auf die allgemeine subjektive Wahrnehmung von Dingen oder Zuständen bezieht, hat seinen Ursprung im sensorischen Geschmacksempfinden der Zunge. Die menschliche Zunge mit ihren ca. 25 000 Sensorzellen bzw. ihren Geschmacksrezeptoren nimmt die fünf grundlegenden Geschmacksrichtungen süß, sauer, salzig, bitter und umami („herzhaft“ bzw. nach Fleisch schmeckend) wahr. Wie genau das funktioniert, das untersucht die noch relativ junge Geschmacksforschung.

Die Erforschung des Geschmacks und der Geschmacksmodulation ist nicht nur für die Lebensmittelindustrie von Bedeutung, auch in der Pharmaindustrie und in der medizinischen Forschung spielt sie eine wichtige Rolle. Wie aber kann Geschmack und dessen Modulation durch neue natürliche Inhaltsstoffe in vitro, also im Experiment außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers erforscht werden? In den vergangenen Jahren haben Geschmacksforscher dazu z.B. Geschmacksrezeptoren in einem Nierenzell-Modell genutzt.

Der Knackpunkt: Zellen, deren Ursprung die Niere oder die Zunge ist, haben einen völlig anderen biologischen Zellhintergrund und lassen sich nicht gut miteinander vergleichen. Ein alternatives Zungenzell-Modell war daher wünschenswert. Bei der BRAIN AG beschäftigt sich ein Wissenschaftlerteam seit rund sieben Jahren mit der Entwicklung eines solchen alternativen Zellmodells. Ziel war es viele natürliche Geschmacksmodulatoren, also Substanzen, die u.a. an Geschmacksrezeptoren binden und so eine Signalkaskade im Zungenzell-Modell in Gang setzen, im Labor untersuchen zu können.

Tausende Naturstoffe auf ihre Modulationsfähigkeit screenen

Ergebnis der Entwicklungsarbeit bei BRAIN: die sogenannte Human-Tongue-Cell-Technologie, auch HTC-Technologie genannt. Sie ermöglicht es zeitlich unlimitiert Tausende Naturstoffe – darunter auch bisher unbekannte – auf ihre Modulationsfähigkeiten hin zu durchmustern. Ein menschlicher Proband schafft nur wenige Tests pro Tag – ein Vorabscreening im Hochdurchsatz im Vorfeld ist also sinnvoll, wenn man Tausende Substanzen auf wenige passende durchsuchen möchte.

Im Zuge der Entwicklungsarbeiten haben sich im Rahmen von Forschungskooperationen mit Industrie- und mit wissenschaftlichen Partnern bereits einige erfolgreiche Anwendungen und Kooperationen auf Basis der HTC-Technologie ergeben. Besonders fruchtbar: die wissenschaftliche Kooperation mit Molekular- und Zellbiologen der Hochschule Mannheim. Aus der gemeinsamen Forschung sind bereits mehrere wissenschaftliche Publikationen hervorgegangen – zuletzt im Fachjournal „Sensors“. Das Review mit dem Titel „Sensing Senses: Optical Biosensors to Study Gustation“ gibt einen umfassenden Überblick über aktuelle Erkenntnisse aus der Geschmacksforschung und über das Potenzial von optischen Biosensoren in diesem Forschungsgebiet.

Die ExpertInnen wagen zudem einen Blick in die Zukunft: Sie berichten über mögliche neue Ansätze, um die noch fehlenden Teile des komplexen Geschmacks-Puzzles zu ergänzen. Sie stellen außerdem Ideen für neuartige zellbasierte Sensorsysteme vor, die die Mechanismen auf der Zunge noch besser nachahmen könnten. Neben den Kosten der erforderlichen Technologien werden dabei nicht zuletzt ethische Fragen berücksichtigt.

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