Vorgeschmack auf das, was kommt

Künstliche Geschmackszellen ermöglichen Geschmacksstoff-Screening im Großmaßstab

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17.05.2013 Learning by doing - ein Spruch, der in vielen Lebenslagen passend scheint. Doch was bei neugierigen Kindern auf Entdeckungstour noch zutreffen mag, ist in der Forschung auf vielen Gebieten längst verpönt: Kein ernst zu nehmender Wissenschaftler wagt auf der Suche nach Wirkstoffen zuallererst den Selbstversuch; auch stippt kein Forscher mehr einen Finger in eine unbekannte Substanz, um deren Geschmack am eigenen Leib zu testen. Viele effiziente Testverfahren sind heute auf dem Markt, um die Suche nach neuen Wirkstoffen zu beschleunigen - nur bei der Analyse von Geschmacksstoffen war die Auswahl an automatisierten Methoden bisher sehr begrenzt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Die immortalisierten menschlichen Geschmackszellen sind die ersten am Markt erhältlichen.
  • Mithilfe der Geschmackszellen lassen sich Geschmacksstoffe im großen Maßstab kostengünstig identifizieren und analysieren.
  • Stoffsynthese mithilfe maßgeschneiderter Mikroorganismen kann eine effiziente Alternative zu herkömmlichen Produktionsverfahren darstellen.

Zumeist prüfen geschulte Geschmackstester in aufwendigen und teuren Studien das Aroma einer Substanz. Das Biotech-Unternehmen Brain aus dem hessischen Zwingenberg hat genau hier angesetzt und in nur fünf Jahren eine spannende Alternative zur menschlichen Zunge entwickelt, mit der sich die Suche nach Geschmacksstoffen erheblich beschleunigen und im großen Maßstab umsetzen lässt.

Die Möglichkeit, grundlegende Forschung auf diesem Gebiet vorzunehmen, haben die Fördermittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in dem Projekt Genomik Plus geschaffen. „Im Rahmen dieses Forschungsprojektes kam bei uns unter anderem die Frage auf, wie man entsprechende Zellen erhalten kann, um in ihnen die Wirkung verschiedener Stoffe zu testen – im Food-Bereich handelt es sich eben um Geschmacksrezeptorzellen“, berichtet Dr. Michael Krohn, Unit Head Bioactives & Performance Biologicals bei Brain. Weltweit arbeiten mehrere Forschergruppen an der Entwicklung solcher immortalisierter, also unsterblicher, Geschmackszellen – bislang jedoch ohne nennenswerten Erfolg. Nach einiger Entwicklungsarbeit haben die Forscher aus Zwingenberg jedoch den Durchbruch geschafft und sich diese außergewöhnliche Bitterzelllinie patentieren lassen. Daran können sie und Kunden aus der Industrie nun im großen Rahmen Geschmacksstoffe erforschen.

Bitterblocker für Pharma- und Nahrungsmittelindustrie interessant
Das hessische Unternehmen arbeitet bereits seit vielen Jahren in verschiedenen Bereichen der biotechnologischen Forschung und Verfahrensentwicklung. Daher steht den Entwicklern eine große Bibliothek an Geschmacksmodulatoren und Neutraceuticals zur Verfügung, die sich aus natürlichen Quellen produzieren lassen. Mithilfe des neuen Geschmackszellen-Modellsystems können sie diese und weitere potenzielle Geschmacksstoffe effizienter identifizieren und untersuchen, als dies zuvor möglich war. „Diese Bitter-Zelllinie unter anderem für die Pharmabranche interessant. Denn Medikamente, vor allem im Bereich der Dauermedikation, die einen bitteren Nachgeschmack auf der Zunge hinterlassen, müssen bisher mit künstlichen Süßstoffen oder Zucker versetzt werden, um die Bitterkeit zu überdecken“, berichtet Dr. Krohn. Unter gesundheitlichen Aspekten ist es jedoch sinnvoller, auf die Süßungsmittel zu verzichten und dem Medikament stattdessen einen Bitterblockstoff zuzusetzen. „Das ist auch im Lebensmittelbereich, wenn es beispielsweise um Tee, Kaffee oder auch Light-Produkte geht, die einen Bittergeschmack hinterlassen, ein Thema. Solche Stoffe, die diesen bitteren Nebengeschmack blockieren, können auch für die Nahrungsmittel-Industrie sehr interessant sein“, fügt Dr. Martin Langer, Unit Head Corporate Development von Brain, hinzu.

Mithilfe der immortalisierten menschlichen Geschmackszelllinien, die sie im Labor etablieren konnten, können die Wissenschaftler an der endogenen Geschmacksantwort forschen und Hochdurchsatz-Screening-Programme für Geschmacksmodulatoren vornehmen. „Das Problem vor allem mit neuen Stoffen ist, sie für Geschmackstest mit Menschen überhaupt zur Zulassung zu bringen. Das ist langwierig und teuer, besonders wenn es um eine große Anzahl von Stoffen geht. Daher ist ein Ersatzsystem für Screenings notwendig“, erklärt Dr. Krohn. Mit der neuen Screenline-Technologie können sie die natürliche Antwort von menschlichen Geschmackszellen auf Geschmacksmoleküle aufzeigen. Durch so identifizierte Bitterblocker können Hersteller zukünftig einen bitteren Beigeschmack direkt unterbinden und auf Süßstoffe und Zucker verzichten. Dies trägt zur Gesundheit der Konsumenten bei und kann auf lange Sicht Krankheiten wie Fettleibigkeit, Bluthochdruck und ähnliches reduzieren. „Langfristig wollen wir das auch auf andere Geschmackssysteme ausweiten. Und wenn dieser Ansatz erfolgreich funktioniert, lässt er sich auch auf andere Modellsysteme, beispielsweise bei der Erforschung bioaktiver Substanzen für die Kosmetikindustrie, übertragen.“

Maßgeschneiderte Organismen zur großtechnischen Produktion
Die Screening-Technologie ist nicht das Einzige, was die Zwingenberger im Rahmen der Forschungsförderung entwickelt haben. Bei jeder Entwicklung sind sie darauf bedacht, dass der biotechnologische mit den bereits etablierten Industrieprozessen kompatibel ist und somit bei den Herstellern keine größeren Prozessanforderungen erforderlich sind. Für die Massenchemikalie 1,2-Propandiol, die hauptsächlich als Formulierungshilfe in der Nahrungsmittel-, Pharma- und Kosmetikbranche sowie als Mittel zur Flugzeugenteisung zum Einsatz kommt, haben die Biotech-Experten ebenfalls ein fermentatives Verfahren entwickelt. Mithilfe eines Escherichia-coli-Stammes produzieren sie aus Rohglycerin größere Mengen an Dihydroxyacetonphosphat (DHAP). Dazu kommt ein E.-coli-Bakterium zum Einsatz, das genetisch dahingehend optimiert wurde, dass es vermehrt DHAP produziert und diese in der Glykolyse in 1,2-Propandiol umsetzt.

„Die Überlegungen für biotechnologische Verfahren beginnen generell damit, als Ausgangsstoffe solche einzusetzen, die nicht besonders aufbereitet werden müssen, um bereits hier Kosten einzusparen“, erklärt Dr. Krohn. Bei Abfallstoffen, die in großen Mengen anfallen – in diesem Fall das Rohglycerin als Abfallprodukt der Biodiesel-Herstellung – lassen sich größere Wertsteigerungen erzielen, als wenn chemisch reines Glycerin zum Einsatz käme. „Wir verfolgen das Ziel, die Synthese eines Stoffes in einem Organismus so darzustellen, dass die Produkte in einer lohnenden Menge anfallen und man in die Großproduktion einsteigen kann“, führt Dr. Krohn aus. Und Dr. Langer fügt hinzu: „Diese Technologien sollen nicht nur für ein Produkt eine Rolle spielen, sondern eine Plattform darstellen, um so die Forschung auf andere Produktkandidaten ausweiten zu können – beispielsweise mit einem Partner aus der Industrie. Denn das Grundprinzip dieser Synthesen durch Mikroorganismen ist immer das gleiche. Sie lassen sich alternativ auch auf die Produktion von Nahrungsergänzungsmitteln und ähnlichem auslegen.“

Diese Beispiele sind nur einige der Synthesewege in Produktionsmikroorganismen, die Brain bisher entwickelt hat. Zwar lassen sich bislang noch längt nicht alle Substanzen, die für die Industrie von Interesse sind, in ausreichend großen Mengen produzieren; ein zusätzlicher Nutzen der biotechnologisch produzierten Stoffe im Vergleich zu den herkömmlich produzierten ist heute zumeist noch notwendig, um sie für die Industrie vor allem aus Kostengründen attraktiv zu gestalten. Doch genau an diesen Spezialitäten, die einen bioaktiven Mehrwert bieten, arbeitet das hessische Unternehmen unter Hochdruck. Denn die Perspektive, mithilfe gentechnischer Optimierungen maßgeschneiderte Mikroorganismen mit hohen Ausbeutemengen zu kultivieren, versprechen vielfältige Möglichkeiten für die zukünftige Forschung und Entwicklung sowie eine erfolgreiche industrielle Verwertung.

Forschungskonsortium für industrielle Biotechnologie
Die Wissenschaftler bei Brain profitieren nicht nur von der Förderung und den Ergebnissen bereits abgeschlossener Projekte – auch in Zukunft beteiligen sich die Forscher mit einem Projekt der industriellen Biotechnologie an einer Innovationsallianz des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Gemeinsam mit Partnern aus akademischer Technologie-Entwicklung, KMU und Industrieunternehmen wollen sie natürliche, biologisch aktive Wirkstoffe für die Lebensmittel- und Kosmetikindustrie erforschen, entwickeln und produzieren. In den kommenden neun Jahren wollen sie im Rahmen dieses Projektes einen weiteren Beitrag zur Biologisierung der Industrie liefern sowie Ernährung, Gesundheit und Wohlbefinden der Konsumenten verbessern.

Mehr Informationen über die Forschung des Unternehmens finden Sie hier.

Weiteren Infos zu den Förderinitiativen zum Thema Biotechnologie finden Sie hier auf biotechnologie.de sowie hier beim BMBF.

Heftausgabe: Mai 2013
Tina Walsweer, Redaktion

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