Pilzstudie erweitert Wissen über natürliche Bitterstoffe – Neuer hochwirksamer Bitterstoff identifiziert
Die molekulare Welt der Bitterstoffe ist bisher nur lückenhaft erforscht. Forschende des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München in Freising und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie in Halle (Saale) haben nun drei neue Bitterstoffe aus der Pilzart Amaropostia stiptica isoliert und ihre Wirkung auf menschliche Bitterrezeptoren untersucht. Dabei entdeckten sie eine der potenziell bittersten bisher bekannten Verbindungen. Die Studienergebnisse erweitern das Wissen über natürliche Bitterstoffe und ihre Rezeptoren und leisten so einen wichtigen Beitrag zur Lebensmittel- und Gesundheitsforschung.
Veröffentlicht: 07.04.2025
In der Datenbank 'BitterDB' sind derzeit über 2.400 Bitterstoffmoleküle erfasst. Für etwa 800 dieser chemisch sehr unterschiedlichen Substanzen ist mindestens ein zugehöriger Bitterrezeptor angegeben. Die erfassten Bitterstoffe stammen allerdings überwiegend aus Blütenpflanzen oder synthetischen Quellen. Bitterstoffe tierischen, bakteriellen oder pilzlichen Ursprungs sind dagegen noch selten in der Datenbank vertreten.
Die Forschung geht davon aus, dass sich Bitterrezeptoren entwickelt haben, um vor dem Verzehr potenziell schädlicher Substanzen zu warnen. Allerdings sind nicht alle Bitterstoffe giftig oder schädlich, und nicht jeder Giftstoff schmeckt bitter, wie das Beispiel des Knollenblätterpilzgiftes zeigt. Doch warum ist das so? Untersuchungen haben zudem ergeben, dass sich die Sensoren für Bitterstoffe nicht nur im Mund, sondern auch in Organen wie Magen, Darm, Herz und Lunge sowie auf bestimmten Blutzellen befinden. Da wir mit diesen Organen und Zellen nicht „schmecken“, stellt sich die Frage, welche physiologische Bedeutung die Rezeptoren dort haben.
Bitterrezeptoren
Bitterrezeptoren/-/taste receptors, type 2
Eine von fünf verschiedenen Gruppen von Sensoren, die darauf spezialisiert sind, eine bestimmte Geschmacksqualität wahrzunehmen. Die Sinneszellen, in denen die Geschmacksrezeptoren ihren Dienst tun, befinden sich in den Geschmacksknopsen auf der Zunge sowie in den umgebenden Schleimhäuten. Bitterrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Eine einzige Zelle kann mehrere unterschiedliche Bitterrezeptoren enthalten. Folglich antwortet sie auf verschiedene Bitterstoffe mit demselben Signal. Dies macht es für uns unmöglich, einzelne Bitterstoffe geschmacklich auseinanderzuhalten.
Bitterrezeptoren
Bitterrezeptoren/-/taste receptors, type 2
Eine von fünf verschiedenen Gruppen von Sensoren, die darauf spezialisiert sind, eine bestimmte Geschmacksqualität wahrzunehmen. Die Sinneszellen, in denen die Geschmacksrezeptoren ihren Dienst tun, befinden sich in den Geschmacksknopsen auf der Zunge sowie in den umgebenden Schleimhäuten. Bitterrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Eine einzige Zelle kann mehrere unterschiedliche Bitterrezeptoren enthalten. Folglich antwortet sie auf verschiedene Bitterstoffe mit demselben Signal. Dies macht es für uns unmöglich, einzelne Bitterstoffe geschmacklich auseinanderzuhalten.
Rezeptor
Rezeptor/-/receptor
Signalempfänger in der Zellmembran. Chemisch gesehen ein Protein, das dafür verantwortlich ist, dass eine Zelle ein externes Signal mit einer bestimmten Reaktion beantwortet. Das externe Signal kann beispielsweise ein chemischer Botenstoff (Transmitter) sein, den eine aktivierte Nervenzelle in den synaptischen Spalt entlässt. Ein Rezeptor in der Membran der nachgeschalteten Zelle erkennt das Signal und sorgt dafür, dass diese Zelle ebenfalls aktiviert wird. Rezeptoren sind sowohl spezifisch für die Signalsubstanzen, auf die sie reagieren, als auch in Bezug auf die Antwortprozesse, die sie auslösen.
Umfassende Datensammlungen als Forschungsgrundlage
„Umfassende Datensammlungen zu Bitterstoffen und ihren Rezeptoren, könnten uns helfen, Antworten auf diese offenen Fragen zu finden“, sagt Maik Behrens, Arbeitsgruppenleiter am Freisinger Leibniz-Institut. „Je mehr fundierte Daten zu den verschiedenen Bitterstoffklassen, Rezeptortypen und -varianten vorliegen, desto besser können wir mit systembiologischen Methoden Vorhersagemodelle entwickeln, um neue Bitterstoffe zu identifizieren und Bitterrezeptor-vermittelte Wirkungen vorherzusagen. Dies gilt sowohl für Inhaltsstoffe von Lebensmitteln als auch für körpereigene Substanzen, die extraorale Bitterrezeptoren aktivieren.“
Das Team um Maik Behrens und Norbert Arnold vom Institut in Halle (Saale) hat deshalb im Rahmen eines vom Leibniz-Forschungsnetzwerk „Wirkstoffe“ geförderten Kooperationsprojekts den Bitteren Saftporling (Amaropostia stiptica) untersucht. Der Pilz ist ungiftig, aber extrem bitter.
Bitterrezeptoren
Bitterrezeptoren/-/taste receptors, type 2
Eine von fünf verschiedenen Gruppen von Sensoren, die darauf spezialisiert sind, eine bestimmte Geschmacksqualität wahrzunehmen. Die Sinneszellen, in denen die Geschmacksrezeptoren ihren Dienst tun, befinden sich in den Geschmacksknopsen auf der Zunge sowie in den umgebenden Schleimhäuten. Bitterrezeptoren gehören zur Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Eine einzige Zelle kann mehrere unterschiedliche Bitterrezeptoren enthalten. Folglich antwortet sie auf verschiedene Bitterstoffe mit demselben Signal. Dies macht es für uns unmöglich, einzelne Bitterstoffe geschmacklich auseinanderzuhalten.
Hochwirksamer Bitterstoff identifiziert
Mit Hilfe moderner Analysemethoden ist es der Arbeitsgruppe um Norbert Arnold gelungen, drei bisher noch unbekannte Substanzen zu isolieren und deren Strukturen zu klären. Wie die Freisinger Forschenden anschließend mit einem zellulären Testsystem zeigten, aktivieren die Substanzen mindestens einen der rund 25 menschlichen Bitterrezeptortypen. Besonders hervorzuheben ist dabei der neu entdeckte Bitterstoff Oligoporin D, der bereits in geringsten Konzentrationen (ca. 63 Millionstel Gramm/Liter) den Bitterrezeptortyp TAS2R46 stimuliert. Zur Veranschaulichung: Die Konzentration entspricht einem Gramm Oligoporin D, gelöst in rund 106 Badewannenfüllungen Wasser, wobei ein Gramm etwa dem Gewicht einer Messerspitze Backpulver entspricht.
„Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, das Wissen über die molekulare Vielfalt und Wirkungsweise natürlicher Bitterstoffe zu erweitern“, erklärt Maik Behrens und fügt hinzu: „Langfristig könnten Erkenntnisse auf diesem Gebiet neue Anwendungen in der Lebensmittel- und Gesundheitsforschung ermöglichen, zum Beispiel bei der Entwicklung sensorisch ansprechender Lebensmittel, die die Verdauung und das Sättigungsgefühl positiv beeinflussen.“
Originalpublikation
Schmitz, L.M., Lang, T., Steuer, A., Koppelmann, L., Di Pizio, A., Arnold, N., and Behrens, M. (2025). Taste-Guided Isolation of Bitter Compounds from the Mushroom Amaropostia stiptica Activates a Subset of Human Bitter Taste Receptors. J. Agric. Food Chem. 73(8): 4850-4858. doi.org/10.1021/acs.jafc.4c12651
