„Karamell-Rezeptor“ identifiziert

Wer mag ihn nicht, den Duft von Karamell. Der Geruchsrezeptor, der entscheidend zu diesem Sinneseindruck beiträgt, war jedoch bislang unbekannt. Münchner Forschende haben nun das Geheimnis den „Karamell-Rezeptor“ identifiziert.

Furaneol ist ein natürlicher Geruchsstoff, der zahlreichen Früchten wie Erdbeeren, aber auch Kaffee oder Brot einen karamellartigen Duft verleiht. Ebenso spielt die Substanz seit langem als Aromastoff bei der Lebensmittelproduktion eine wichtige Rolle. Dennoch war bis heute unbekannt, über welche(n) der etwa 400 verschiedenen Geruchsrezeptortypen Menschen diesen Geruchsstoff wahrnehmen.

Geruchsrezeptoren auf dem Prüfstand

Dies ist kein Einzelfall. Denn trotz intensiver Forschung ist bislang nur für etwa 20 Prozent der menschlichen Geruchsrezeptoren bekannt, welches Duftstoffspektrum sie erkennen. Um zur Aufklärung der Erkennungsspektren beizutragen, nutzt das Team um PD Dr. Dietmar Krautwurst vom Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München (LSB) eine Sammlung aller menschlichen Geruchsrezeptorgene und ihrer häufigsten genetischen Varianten, um ihre Funktion mittels eines Testzellsystems zu entschlüsseln.

„Das von uns entwickelte Testsystem ist weltweit einzigartig. Wir haben die Testzellen genetisch so verändert, dass sie wie kleine Biosensoren für Geruchsstoffe fungieren. Dabei legen wir genau fest, welchen Geruchsrezeptortyp sie auf ihrer Zelloberfläche präsentieren. Auf diese Weise können wir gezielt untersuchen, welcher Rezeptor wie stark auf welchen Geruchsstoff reagiert“, erklärt Krautwurst. Im Rahmen der vorliegenden Studie überprüften die Forschenden insgesamt 391 menschliche Geruchsrezeptortypen sowie 225 ihrer häufigsten Varianten.

Nur zwei Geruchsstoffe für einen Rezeptor

„Wie unsere Ergebnisse zeigen, aktivierte Furaneol lediglich den Geruchsrezeptor OR5M3. Dabei reichen bereits ein tausendstel Gramm des Geruchsstoffs pro Liter aus, um ein Signal zu erzeugen“, sagt Erstautorin der Studie Franziska Haag. Darüber hinaus untersuchte das Team, ob der Rezeptor auch noch auf andere Geruchsstoffe reagiert. Hierzu überprüfte es weitere 186 Substanzen, die als sogenannte Schlüsselgeruchsstoffe maßgeblich das Aroma von Lebensmitteln prägen. Von diesen war jedoch nur Homofuraneol in der Lage, den Rezeptor signifikant zu aktivieren.

Dieser Geruchsstoff ist strukturell eng mit Furaneol verwandt. Wie frühere Untersuchungen des LSB zeigen, verleiht er Früchten wie Durian ein karamellartiges Aroma. “Wir gehen davon aus, dass der von uns identifizierte Rezeptor OR5M3 ein sehr spezifisches Erkennungsspektrum für Lebensmittelinhaltsstoffe besitzt, die karamellartig riechen. Dieses Wissen könnte man sich in Zukunft zu Nutze machen, um neue Biotechnologien zu entwickeln, mit denen sich die sensorische Qualität entsprechender Lebensmittel entlang der gesamten Wertschöpfungskette schnell und einfach überprüfen lässt“, sagt Krautwurst. Es sei zwar noch ein weiter Weg, das komplexe Zusammenspiel der circa 230 lebensmittelrelevanten Schlüsselgeruchsstoffe und der menschlichen Geruchsrezeptoren zu verstehen, ein Anfang sei aber gemacht, so der Molekularbiologe weiter.

Veronika Somoza, Direktorin des Leibniz-Instituts ergänzt: „Auch zukünftig wollen wir am Institut unsere umfangreiche Geruchsstoff- und Rezeptorsammlungen nutzen, um dazu beizutragen, die molekularen Grundlagen der menschlichen Geruchswahrnehmung aufzuklären. Denn diese beeinflusst unsere Nahrungsauswahl maßgeblich und damit unsere Gesundheit.“

Originalpublikation: Haag F, Hoffmann S, Krautwurst D. Key food furanones furaneol and sotolone specifically activate distinct odorant. J Agric Food Chem 2021.