Mittwoch, 20 Januar 2010

Wissen: Empfindlicher Sinn

Von Lucian Haas

Ernäherung: Forscher haben entschlüsselt, wie die Zunge mit nur 25 spezifischen Geschmackssensoren Zehntausende Bitterstoffe erkennt

Im Jahr 1931 füllte der US-Chemiker Arthur Fox von der Firma DuPont in seinem Labor Phenylthiocarbamid (PTC) in eine Flasche ab, als durch Unachtsamkeit eine kleine Menge der pulvrigen Chemikalie in die Luft gewirbelt wurde. Sein Assistent, der einen Teil der entstandenen Wolke einatmete und in den Mund bekam, verzog das Gesicht und schimpfte über den entsetzlich bitteren Geschmack. Arthur Fox hingegen wunderte sich bloß: Er schmeckte gar nichts Unangenehmes. Neugierig geworden, überprüfte er seine Entdeckung bei weiteren Kollegen. Einige beschrieben PTC auf der Zunge ebenfalls als extrem bitter, andere als vollkommen geschmacklos. Es war der erste Hinweis auf die Tatsache, dass das Geschmacksempfinden für Bitteres von Mensch zu Mensch erblich bedingt deutliche Unterschiede aufweist.

Knapp 80 Jahre später haben Geschmacksforscher die genetischen Grundlagen des Bittersinns weitgehend entschlüsselt: Es gibt nicht nur ein Gen, das – je nach vorhandener Variante – darüber entscheidet, ob Menschen PTC schmecken können oder nicht. Insgesamt sind im menschlichen Erbgut gleich 25 Bittergene zu finden, die den Bauplan für entsprechend viele Eiweißmoleküle liefern, die als sogenannte Bittergeschmacksrezeptoren dienen. Sie sitzen wie Antennen auf der Spitze von Geschmackszellen in der Zunge. Bindet eine Substanz an den passenden Bitterrezeptor, so wird ein Signal in der Zelle ausgelöst und ins Gehirn weitergeleitet.

Allerdings sind heute Zehntausende unterschiedlicher Bitterstoffe bekannt. Wie die Zunge es schafft, diese Vielzahl mit nur 25 Sensoren zu erkennen, haben Wissenschaftler um Wolfgang Meyerhof vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) in Potsdam-Rehbrücke jüngst aufgeklärt und im Magazin „Chemical Senses“ beschrieben.

Für ihre Studien entwickelten die DIfE- Forscher eigens eine Art künstliche Zunge. Sie besteht aus einer Laborkultur von Zellen, die genetisch so programmiert sind, dass sie an ihrer Oberfläche jeweils andere Rezeptortypen ausbilden. Damit lässt sich testen, welche Bitterstoffe wie stark auf die verschiedenen Sensoren wirken.

Die Forscher beobachteten, dass einige der Rezeptoren nur auf wenige bestimmte Substanzen reagieren, während andere Sensortypen in der Lage waren, eine viele unterschiedliche Bitterstoffe zu erkennen. „Die Bindungseigenschaften der Bittersensoren sind sehr variabel. Erst die Kombination macht es möglich, eine so breite Palette von Bitterstoffen zu erfassen“, erklärt Meyerhof.

In ihren Versuchen testeten die Forscher 104 natürliche und synthetische Bitterstoffe, darunter Koffein aus Kaffee, Limonin aus Zitrusfrüchten, Sinigrin aus verschiedenen Kohlsorten und Strychnin aus der Brechnuss. Jeder Stoff verhielt sich anders. Mehr als die Hälfte der getesteten Substanzen aktivierten jeweils nur einen bis drei der Rezeptortypen. Andere stimulierten bis zu 15 Sensorproteine zugleich.

Geschmacklich macht es keinen Unterschied, in welcher Kombination die 25 Rezeptoren gereizt werden. Jede der Geschmackszellen in den Geschmacksknospen der Zunge ist mit einem Sortiment an Bitterrezeptoren ausgestattet (siehe Grafik). Deren Signale werden schon direkt in den Zellen gewissermaßen gemischt. Die Geschmacksnerven leiten dann nur noch die undifferenzierte Botschaft ins Gehirn: bitter! Die Stärke der Nervensignale fällt aber jeweils anders aus.

In den Versuchen zeigten sich große Unterschiede darin, ab welcher Konzentration die Geschmackszellen in der Zunge einen Bitterstoff auch erkennen. Wissenschaftler gehen im Allgemeinen davon aus, dass der Mensch den Sinn für Bitteres unter anderem entwickelte, weil er ihn vor dem Verzehr giftiger Nahrung bewahrt. Zwar ist bitter nicht grundsätzlich mit ungesund gleichzusetzen, aber in manchen Fällen geht der Bittersinn erstaunlich genau mit der Giftigkeit konform.

Strychnin und Brucin sind dafür ein treffendes Beispiel. Beides sind strukturell eng verwandte Pflanzenalkaloide, die als Nervengifte wirken. Allerdings liegt die tödliche Dosis von Strychnin bei fünf bis zehn Milligramm, während von Brucin die hundertfache Menge nötig ist, um einen Menschen umzubringen. Genau dieses Verhältnis spiegelt sich auch in den Reizschwellen beim Schmecken wider. Laut den DIfE-Messungen aktiviert Strychnin einen Bitterrezeptor schon bei einer hundertfach geringeren Konzentration als das Brucin.

Meyerhof und seine Kollegen hoffen nun, durch eine umfassende Analyse der Reizmuster von Bitterstoffen besser verstehen zu lernen, wie Nahrungspräferenzen entstehen. Warum etwa mögen manche Menschen Pampelmusen oder Chicorée, während andere sie als zu bitter empfinden? Die Studienergebnisse ließen sich auch nutzen, um Bitterblocker zu entwickeln. Das sind Substanzen, die verhindern, dass Bitterstoffe an die passenden Rezeptoren andocken. Das Interesse daran kommt unter anderem aus der Pharmaindustrie. Besonders Kinder weigern sich häufig, bittere Medizin zu schlucken. Rezepturen mit geschmacklich optimierten Wirkstoffen wären wohl ein gutes Geschäft.

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© Foto: allesalltag

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