Smaakzin

Onze smaakzin kent 5 basissmaken, nl. de zoute, zoete, zure, bittere en glutamaatsmaak. De laatste is relatief onbekend en wordt nog vaak (foutief) als 'smaakversterker' aangeduid. De Japanners noemen deze smaak umami.

Wim Köhler (2003).
Drie basenparen bepalen of PTC wel of niet bitter smaakt. NRC 22 feb. p. 37.

"Bah, bitter!" roepen de meeste mensen als ze phenylthiocarbamide (PTC) proeven. Maar 50% van de Europeanen en 30% van de Aziaten proeft niks. Na ruim 70 jaar smaakexperimenten met het al of niet bittere stofje is eindelijk bekend waarin de 'proevers' en 'niet-proevers' (tasters and non-tasters) verschillen. Het zit in een gen van 1002 bp (basenparen) lengte.

In 1931 werkte Arthur Fox voor chemieconcern Dupont en synthetiseerde fenylthiocarbamide (PTC). Toen hij er wat van morste zei een collega "Dat ruikt bitter zeg", maar Fox rook niks. Ze lieten nog wat collega's ruiken en later ook proeven en kwamen er achter dat PTC 'proevers' en 'niet-proevers' kent. Fox publiceerde en de genetici sprongen er onmiddellijk bovenop. Na onderzoek in families met proevers en niet-proevers concludeerden ze dat de niet-proevers twee kopieën van het recessieve gen hebben. Eén kopie van dat 'proever'-gen was voldoende om de bittere smaak van PTC gewaar te worden.
Maar er bleef discussie, want behalve 'proevers' waren er ook 'superproevers', mensen die het stofje al in zeer verdunde oplossingen opmerken.

Genetici van een aantal Amerikaans onderzoeksinstituten hebben nu vastgesteld dat één gen op chromosoom 7 het smaakonderscheid bepaalt. Het gen (TAS2R genaamd) is 1002 bp lang en codeert voor een eiwit met een keten van 334 aminozuren. De niet-proevers hebben op positie 49, 262 en 296 andere aminozuren in de aminozuurketen van het eiwit dan de proevers. Die aminozuurveranderingen zijn het gevolg van telkens één andere base in het gen. Deze drie SNP's (single nucleotide polymorphisms) bepalen uiteindelijk of iemand PTC proeft.
Mensen met twee kopieën van het proevergen zijn meestal superproevers, mensen met één proevergen en één niet-proevergen zijn gewone proevers. En mensen met twee niet-proevergenen zijn niet-proever (Science, 21 febr).

Bitter is in de natuur geassocieerd met gif. Het vermogen om bittere smaken te proeven kan dus van levensbelang zijn. De onderzoekers wilden daarom wel eens weten waar in de evolutie het PTC-smaakvermogen bij een deel van de mensen verloren ging. DNA-analyse van het TAS2R-gen bij chimpansees, laaglandgorilla's, orang oetans, Java-apen en zwarthand-slingerapen liet zien dat die steeds twee kopieën van het 'proever'-gen bezitten. De SNP's die mensen tot niet-proevers maken komen bij apen dus niet voor.

Het vermogen om bitter te kunnen proeven kan van levensbelang zijn. Bittere vruchten zijn vaak giftig voor zoogdieren, zoals de besjes van Bitterzoet, een plant uit de nachtschadefamilie.

De bittere bron

Tot voor kort was er nog geen enkele moleculaire sensor bekend die de smaakgewaarwording bij de mens regelde. Uitgerekend voor de sensatie bitter zijn er nu tegelijkertijd meerdere ontdekt, o.a dank zij het humaan genoom project.

Van de vijf zintuigen bij de mens is de smaak tot nu toe karig bedeeld. Een indicatie daarvoor is dat pas onlangs een vijfde basissmaak is ontdekt. Naast zout, zuur, zoet en bitter kan onze tong ook het aminozuurzout glutamaat waarnemen, die nog vaak met de foutieve naam 'smaakversterker' wordt aangeduid. Deze smaak noemen de Japanners 'umami' en is vooral gekoppeld aan eiwitrijke voeding zoals vlees of sojasaus.

De reductie tot 5 zintuigen heeft toch nog tot een onderscheid in smaak- en reukzin geleid, ofschoon beide op chemische signalen berusten. Bij het ruiken maken combinaties van honderden herkenningsmolekulen (receptoren) het mogelijk duizenden geuren te onderscheiden. De gespecialiseerde cellen op tong en verhemelte kunnen waarschijnlijk evenveel substanties herkennen, maar nu worden die waarnemingen gekanaliseerd naar smaakcategorieën.

Het opvallendste is dat bij bittere stoffen. Deze kunnen de meest uiteenlopende molecuulstructuren hebben. Cyanide, kinine en cycloheximide smaken allemaal bitter, maar zijn chemisch op geen enkele manier verwant - als je er tenminste van afziet dat ze vrijwel altijd stikstof en koolstof bevatten. De evolutie zou een verklaring voor dit ontbrekende onderscheid kunnen verschaffen. De smaak 'bitter' is vermoedelijk een heel gevoelige, maar daardoor niet stofgerichte waarschuwing tegen mogelijke gifstoffen. De mogelijkheid te differentiëren tussen verschillende gifsoorten was in de evolutie niet van belang en is als het ware ten gunste van een optimale gevoeligheid teniet gedaan.

Daaruit kun je afleiden dat tientallen verschillende receptormoleculen (voor elke molecuulsoort één) met een en dezelfde transmitter contact maken, die daarop stereotiep antwoordt met steeds hetzelfde: bitter!
Op zulke schakelplaatsen in de cel zijn gewoonlijk vertegenwoordigers van een zowel grote als ook belangrijke familie van stofjes actief, de zgn. G-proteïnen. (Sp. d. Wissenschaft 9/92, p.54). Hun rol bij het zien en als reagenten op hormonale signalen is keurig onderzocht. Sinds 1992 kent men ook een lid van deze groep die specifiek in smaakcellen voorkomt. Analoog met het transducine in de cascade van reacties bij het zien heeft men dit G-eiwit 'gustducine' genoemd. Maar hiervan of van een verwante receptor ervan geen spoor!

Pas in het afgelopen jaar kon de werkgroep van Charles Zuker v.d. Universiteit San Diego in Californië tenslotte twee smaakreceptoren aantonen die ze T1R-1 en T1R-2 noemden (de 1ste en de 2e van familie 1 der Taste Receptors). De onderzoekers dachten dat de 1ste voor de zoete en de 2e voor de bittere stoffen diende. Jammer genoeg bleek bij nadere lokalisering van de beide receptoren dat ze uitsluitend binnen de cel actief zijn, die geen gustducine als signaaltransmitter produceren. In plaats van een passend stel, receptor en G-eiwit, te vinden bleven de smaakonderzoekers nu met een kleine receptorfamilie zitten waaraan de tranismitter ontbrak en met een G-eiwit waarvoor geen passende receptor was te vinden.

Een uitweg uit deze vervelende situatie gaven de uitkomsten van het humaan genoom project. De sleutel hierin bleek het gegeven te zijn dat het erfelijk vastgelegde vermogen de bittere stof PTC (6-n-propyl-2-thio-uracil) te proeven kennelijk met een karakteristieke verandering van een bepaald gebied op chromosoom 5 samengaat. Zuker doorzocht dit gebied op genen die op de bekende G-eiwit-receptoren betrekking konden hebben. Inderdaad vonden ze er een en noemden het daar gecodeerde eiwit T2R1 (1ste receptor van de familie 2 der smaakreceptoren; Cell, vol. 100, p.693).

Intermezzo: PTC is toch phenylthiocarbamide, waarvan het gen op chr. 7 ligt? Zie boven.

Door dit resultaat gegrepen doorzochten Zuker et al nu de reeds in kaart gebrachte delen van het menselijk genoom op overeenkomsten met T2R1. Daardoor vonden ze vervolgens 19 nieuwe genen, waarin mogelijkerwijs eveneens smaakreceptors gecodeerd lagen. Rekent men dit resultaat uit over het hele genoom (aannemende dat de genen gelijkmatig over de chromosomen verdeeld zijn) dan komt men voor deze receptorfamilie op zo'n 40 tot 80 leden. En anders dan bij de T1R-familie zijn ze in die cellen actief die ook het G-eiwit gustducine produceren.

Bij verder onderzoek kon de werkgroep van Zuker dan ook direct aantonen dat de T2R-moleculen inderdaad de functionele receptors voor het proeven van bitter zijn. Hier hielp de gelukkige omstandigheid dat het overeenkomende deel van het genoom van de muis bekend was dat sterk lijkt op dat van de mens. Hierdoor konden de overeenkomstige muizengenen worden geïdentificeerd en op hun activiteit in smaakcellen worden getest. Tenslotte konden afzonderlijke receptortypen in weefselculturen van de muis worden ontwikkeld, waarin de reactie op bittere stoffen kon worden getest. Zodoende konden bepaalde receptortypen bij bepaalde bittere stoffen worden gevonden (Cell, vol. 100, p.703).

Bij zulke baanbrekende ontdekkingen gaat het soms net als met het wachten op een dubbeldekkerbus in Londen, men wacht een eeuwigheid en dan komen er ineens drie tegelijk. Dat gebeurde ook bij deze smaakreceptoren: Onafhankelijk van Zuker's werkgroep vond een team aan de Harvard-universiteit de familie van de bitter-receptoren bij het doorzoeken van de genoomdata van muizen en mensen (Nature vol. 404, p. 601). En een paar weken daarvoor hadden John Carlson en zijn medewerkers aan de Yale-universiteit een omvangrijke familie nieuwsoortige receptoren in de smaakzintuigen van het fruitvliegje geïdentificeerd, die duidelijk onderscheidbaar waren van de al bekende reukreceptoren. Mogelijkerwijs is er ook hier sprake van herkenningsmoleculen voor smaakstoffen (Science, vol. 287, p.1830). Zelfs voor de pas ontdekte umami-smaak is er inmiddels een mogelijke receptor, een variant van het molecuul dat in de hersens op de signaalstof glutamaat reageert, is blijkbaar in sommige smaakcellen te vinden. (Nature Neuroscience, vol 3, p.113.)

De tijd schijnt dus rijp voor het moleculaire begrijpen van de smaakzin. Daarmee is niet alleen een fundamenteel iets uit ons dagelijkse leven verklaard, ook veel toepassingsmogelijkheden zijn denkbaar. Zo zou een bitter medicijn door toevoeging van een remstof voor de betreffende receptor 'zoeter' smaken. Ook kunstmatige smaakverfijning - met zonder meer positieve aspecten - kijken om de deur. Wat gezond is, maar flauw smaakt, zou door een moleculair smaakontwerper kunnen worden omgetoverd in iets tongstrelends.

M.v.g. G. Nevenzel.

Overzicht van onderwerpen.