Analyse van de smaak van voedsel met een bioluminescerende tong en neus-op-een-chip

Smaakstoffen zijn een essentieel kenmerk van voedsel: ze bepalen zowel de smaak als de inname. Een uitstekende smaak kan consumenten ook naar gezondere en duurzamere voedingskeuzes sturen. De voedingsindustrie ziet dit als een kans en ontwikkelt voedingsmiddelen met minder calorieën en zout, minder dierlijke eiwitten, en communiceert boodschappen over ecologische duurzaamheid. Ze zoekt oplossingen door natuurlijke, van planten of gist afgeleide ingrediënten te implementeren. Een nadeel van veel natuurlijke ingrediënten is dat ze bijsmaken kunnen overbrengen die hun toepassing mogelijk beperken en hun waarde verlagen. Voorbeelden zijn afwijkende smaken die verband houden met smaakversterkers die cruciaal zijn in programma's voor zoutreductie, afwijkende geuren geassocieerd met van peulvruchten afkomstige plantaardige eiwitten die dierlijke eiwitten zouden moeten vervangen, en afwijkende smaken die worden gegenereerd door dieper geëxtraheerde koffie die zou kunnen besparen op hulpbronnen.  

Daarom heeft het begrijpen van de oorsprong van deze vreemde smaken en het voorkomen of maskeren ervan veel prioriteit. Hulpmiddelen om te helpen bij de ontwikkeling van ingrediënten die vreemde smaken kunnen maskeren zijn echter zeer beperkt en meestal gebaseerd op kostbare proefondervindelijke experimenten met menselijke panels. Het doel van dit project is om een tong-en-neus-op-een-chip te ontwikkelen die gebruik maakt van de menselijke sensorische receptoren in een menselijke cellijn. Het basisprototypeplatform (www.receptomics.com) hiervoor was in een eerder project ontwikkeld door Wageningen Plant Research (WPR). Dit was beperkt tot smaakreceptoren en had moeite met de analyse van onverdunde voedselmonsters vanwege de sterke monsterfluorescentie en niet-specifieke celreacties. Toch is het vanwege interacties tussen smaakstoffen essentieel om hun effecten in natuurlijke concentraties en in de oorspronkelijke productmatrix te bestuderen. Een oplossing voor deze uitdagingen kan worden gevonden door het huidige receptomics-platform om te zetten van een fluorescentiemeting naar een bioluminescente meting. Bij een bioluminescente meting genereren de probes licht als maat voor de hoeveelheid calcium- of cAMP-boodschappermoleculen die ontstaat bij binding van smaakstoffen aan smaakreceptoren. Dit maakt het systeem grotendeels onafhankelijk van de fluorescentie van het monster uit de matrix.  

Bovendien zijn er nu split-luciferase-probes die alleen licht produceren wanneer een receptor wordt geactiveerd en een G-eiwit aantrekt. Dergelijke probes volgen uitsluitend de bimoleculaire interactie met het G-eiwit door de receptor van interesse wanneer geactiveerd door een smaakstof. Dit maakt het signaal onafhankelijk van niet-specifieke celreacties en robuust voor toepassingen in de voedselmatrix. Dit platform heeft wel een veel gevoeligere camera nodig om het licht te detecteren dat wordt uitgezonden door de bioluminescente probes. De beeldverwerkingssoftware zal ook moeten worden bijgewerkt om de nieuwe signalen te kunnen verwerken. De impact voor de sector zal zijn dat kwantitatieve sensorische analyses van de smaaksamenstelling en smaakmaskering van voedingsmiddelen direct in de voedselmatrix mogelijk zijn. De receptorrespons kan worden gevolgd na een korte puls en in de aan-/afwezigheid van modulatoren via dynamische tijdsopgeloste receptorresponsprofielen.  

Dit project zal kennis genereren over de betrokken mechanismen en moleculen en daarmee de voedingsindustrie in staat stellen de smaak van natuurlijke producten te verbeteren en leiden tot duurzamere productie- en verwerkingsmethoden. Een overstap naar een bioluminescente meting belooft bovendien deze receptomics-technologie breed beschikbaar te maken tegen lage kosten.  

Resultaten

Voor dit project zijn door het lectoraat Genome-based Health vooral nieuwe plasmideconstructen van smaakreceptoren gemaakt met traditionele en seamless cloning technieken. Deze plasmiden kunnen diverse fusie-eiwitten van smaakreceptoren en de kleine subeenheid van een split-luciferase produceren. De koppeling van de smaakreceptor aan het luciferase deel bestaat hierbij uit een flexibele linker van 8, 9 of 15 aminozuren. Seamless cloning maakt gebruik van homologe sequenties tussen de plasmidevectoren en te cloneren stukken DNA, waardoor de aan- of afwezigheid van knipplaatsen van restrictie-enzymen geen belemmering vormt voor het ontwerp van de constructen. Bovendien is deze aanpak zeer geschikt om snel een serie vergelijkbare constructen te maken door vervanging van de homologe sequenties. Bioluminescentietesten van constructen in plate readers in zowel Wageningen als Leiden leverde vergelijkbare resultaten op, zodat de bevindingen van Wageningen bevestigd konden worden.

Technieken

• Ontwerp en creatie van receptor- en G-eiwitconstructen 

• Testen van constructen 

Projectinformatie

Type project	TKI (hoofdaanvrager: Wageningen Plant Research)
Looptijd	1-8-2020 t/m 1-8-2023
Status	Afgerond
Onderzoeksgroep(en)	Genome-based Health
Projectleiding Leiden	Peter Taschner (GBH)
Docentonderzoeker(s)	Laurie Mans
Partner(s)	Wageningen Plant Research, Givaudan Netherlands BV, DSM, Jakobs Douwe Egberts