Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Dietmar Krautwurst dari Institut Leibniz untuk Biologi Sistem Pangan di Universitas Teknik Munich sekarang telah mengidentifikasi kode alamat dalam protein reseptor bau untuk pertama kalinya. Mirip dengan kode pos, kode tersebut memastikan bahwa protein sensor ditargetkan dari dalam sel ke permukaan sel, di mana mereka mulai bekerja sebagai pendeteksi bau.

Penemuan baru ini dapat berkontribusi pada pengembangan sistem pengujian baru yang profil bau makanannya dapat dianalisis dalam proses throughput yang tinggi dan dengan demikian dapat dikontrol dengan lebih baik.

Gen dari sekitar 400 jenis reseptor bau manusia telah diidentifikasi selama sekitar 20 tahun. Namun demikian, untuk sekitar 80 persen protein sensor ini, masih belum diketahui bau apa yang diresponnya. Mengetahui hal ini, bagaimanapun, merupakan prasyarat penting untuk mengembangkan “hidung buatan” berbasis bio untuk pengendalian makanan.

Sistem pengujian seluler

Tapi bagaimana masalah ini bisa diselesaikan? Biasanya, para ilmuwan menggunakan sistem pengujian seluler untuk mengetahui zat mana yang bereaksi oleh protein reseptor. Namun, masalah khusus dengan reseptor bau adalah sering terjebak di dalam sel uji, dan hampir tidak mencapai permukaan sel. Bahkan untuk bau yang cocok, sulit untuk memasang reseptor yang cukup untuk mengaktifkan fungsi seluler. Dengan demikian, penetapan bau pada tipe reseptor individu terhambat.

Namun, mengapa reseptor bau begitu sering terjebak dalam sel uji, dan mekanisme molekuler apa yang terlibat dalam pengangkutan reseptor bau ke permukaan sel? Untuk membantu menjawab pertanyaan mendasar ini, tim ilmuwan memeriksa dan membandingkan urutan protein dari 4.808 reseptor bau dari delapan spesies berbeda menggunakan metode analisis statistik dan filogenetik. Ini memungkinkan tim untuk mengidentifikasi motif asam amino yang sangat terkonservasi. Ini terlokalisasi di masing-masing ujung terminal-C dari protein reseptor, yang menonjol ke interior sel (sitoplasma).

Kode alamat diidentifikasi

“Analisis fungsi-struktur yang kami lakukan menunjukkan bahwa motif asam amino tertentu dan kombinasinya dalam jenis reseptor yang berbeda secara individual mempromosikan ekspresi dan pensinyalan permukaan sel mereka. Mereka berfungsi seperti kode alamat, atau ‘kode pos’,” lapor Dietmar Krautwurst, yang memimpin belajar. “Motif asam amino seperti itu sebelumnya tidak diketahui oleh reseptor penciuman,” lanjut ahli biologi itu. “Kami berasumsi bahwa molekul reseptor bau berinteraksi dengan protein seluler melalui motif ini, yang memandu protein sensor ke lokasi kerjanya di permukaan sel melalui mekanisme yang masih belum diketahui.”

Para peneliti yang dipimpin oleh Dietmar Krautwurst berharap temuan baru mereka akan membantu mengoptimalkan sistem pengujian seluler untuk reseptor bau sedemikian rupa sehingga akan segera mungkin untuk menentukan mitra bau yang sesuai untuk setiap reseptor bau. Tim ilmuwan setuju bahwa hanya jika spektrum pengenalan dari sebanyak mungkin reseptor bau diketahui, maka akan memungkinkan untuk mengembangkan sistem pengujian berbasis reseptor yang dengannya kualitas bau makanan dapat dipantau secara andal dan cepat secara online selama produksi.

Informasi latar belakang:

Kami merasakan bau makanan melalui reseptor bau. Mereka terletak di permukaan ujung sel saraf yang tertanam di mukosa hidung. Setiap sel saraf hanya mengekspresikan satu dari sekitar 400 jenis reseptor penciuman yang aktif pada manusia.

Sampai saat ini, para ilmuwan telah mengidentifikasi total sekitar 10.000 senyawa aroma volatil yang berbeda dalam makanan. Namun, dari jumlah tersebut, hanya sekitar 230, yang disebut sebagai bau utama, yang menentukan kesan penciuman secara keseluruhan. Sekitar 3 hingga 40 senyawa ini diperlukan dan cukup untuk membentuk aroma khas makanan atau minuman. Dikombinasikan dalam proporsi yang tepat, mereka mengaktifkan reseptor penciuman di hidung kita dengan cara tertentu. Ini menciptakan pola sinyal saraf yang bergabung di otak untuk membentuk aroma khas suatu makanan.

Sumber: Tanda kimiawi alam dalam penciuman manusia: perspektif bawaan makanan untuk bioteknologi masa depan. Dunkel A, Steinhaus M, Kotthoff M, Nowak B, Krautwurst D, Schieberle P, Hofmann T. Angew Chem Int Ed Engl . 2014 Juli 7; 53 (28): 7124-43. DOI: 10.1002 / anie.201309508.

Bagaimana cara kerja reporter reseptor dalam sistem sel uji? ? Dijelaskan secara sederhana

Dalam sistem seperti itu, peneliti menggunakan sel yang tumbuh dalam cawan petri yang berisi media kultur. Biasanya, sel-sel tersebut dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan jenis reseptor yang sedang diteliti. Mereka mengintegrasikan reseptor ke dalam membran selnya, dan menampilkannya di permukaan sel dengan cara yang mirip dengan antena. Untuk menguji apakah jenis reseptor tertentu bereaksi terhadap zat tertentu, peneliti menambahkan zat tersebut ke media nutrisi. Jika reseptor mengenali substansi sebagai stimulus yang memadai, sel kemudian akan merespons dengan sinyal aktivasi yang sesuai, yang dapat diukur dan dikuantifikasi.