Ten wiśniowy smak, który lubisz w cukierkach i napojach gazowanych, jest prawdopodobnie połączeniem związków aromatycznych i smakowych odkrytych podczas badań roślin w laboratoriach z dala od drzew wiśniowych. To i słodki zapach ekstraktu z migdałów może w rzeczywistości pochodzić z kwiatu petunii.
Niektóre smaki i aromaty są bardziej nieuchwytne niż inne, a zespół naukowców z Purdue University niedawno odkrył molekularną receptę na jeden z najbardziej pożądanych związków w przemyśle smakowym:benzaldehyd. Może nie brzmi smacznie, ale jest kluczem do niektórych z najpopularniejszych smaków, w tym wiśni, migdałów i malin. Jest drugim po wanilinie pod względem wartości ekonomicznej dla przemysłu spożywczego.
Natalia Dudareva, wybitny profesor biochemii w Purdue’s College of Agriculture i badaczka podoktorancka Xing-Qi Huang, wykorzystują petunie do odkrycia molekularnej receptury cennego związku smakowego – benzaldehydu. Związek ten występuje w aromacie wielu owoców, a także petunii. Źródło:Zdjęcie z Uniwersytetu Purdue/Xing-Qi Huang
„Benzaldehyd jest tym, co nadaje przyjemny migdałowy zapach i jest częścią aromatu wielu owoców” – powiedziała Natalia Dudareva, wybitny profesor biochemii w Purdue’s College of Agriculture, która kierowała zespołem. „Ten zapach przyciąga zapylacze i oprócz tych owoców można go znaleźć w innych roślinach, w tym w petuniach”.
Biochemicy śledzą receptury molekularne, zwane szlakami biosyntetycznymi, które wytwarzają te związki i umożliwiają rozlewanie ich do różnych smaków produktów, które lubimy. Wyjaśniła, że gdy brakuje etapów w recepturze molekularnej, w produkcji komercyjnej stosuje się chemikalia spoza naturalnych procesów.
„Kiedy dodaje się reakcje chemiczne, aby wypełnić luki, może to stanowić problem” – powiedział Dudareva, który jest również dyrektorem Centrum Biologii Roślin Purdue. „O wiele lepiej i bezpieczniej jest użyć całkowicie naturalnej ścieżki do związku smakowego, ale trudno jest odkryć wszystkie etapy. Benzaldehyd ma szczególnie zagadkową ścieżkę biosyntezy i do tej pory nie został całkowicie ujawniony”.
W swoim laboratorium stoi Natalia Dudareva, wybitna profesor biochemii w Purdue College of Agriculture. Dudareva kierował zespołem naukowców, którzy zmapowali ścieżkę biosyntezy benzaldehydu, jednego z najcenniejszych związków smakowych dla przemysłu spożywczego. Źródło:Zdjęcie Purdue Agricultural Communication/Tom Campbell
Dudareva i jej zespół badali zapach kwiatów petunii, aby odkryć molekularny przepis na benzaldehyd. Praca jest szczegółowo opisana w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications , a proces oczekuje na patent.
„Celem jest odkrycie naturalnego procesu w roślinach, a to odkrycie umożliwia to w przypadku bardzo ważnego związku smakowego” – powiedział Dudareva. „Alternatywą dla syntezy jest naprawdę ekstrakcja związku z roślin, ale w ten sposób uzyskuje się tylko 1,5% benzaldehydu w światowej produkcji”.
Powiedziała, że szlak biosyntezy zostanie prawdopodobnie genetycznie przeniesiony do drożdży lub innych drobnoustrojów, aby włączyć go do procesu fermentacji szeroko stosowanego w produkcji żywności i napojów.
Zespół odkrył, że synteza benzaldehydu w płatkach petunii obejmuje enzym składający się z dwóch podjednostek, które muszą łączyć się w równych ilościach, aby aktywować, powiedział Xing-Qi Huang, autor artykułu i badacz podoktorancki w laboratorium Dudarevy.
Xing-Qi Huang, badania podoktoranckie na Wydziale Biochemii Purdue w College of Agriculture. Huang stoi wśród kwiatów petunii, które wykorzystał w swojej pracy nad biosyntetycznymi ścieżkami związków smakowych i zapachowych. Źródło:zdjęcie Purdue University/Ya Wei
„Gen bezpośrednio odpowiedzialny i enzym potrzebny do syntezy benzaldehydu były tajemnicą” – powiedział. „Próbowaliśmy nowszych technik, ale ujawnienie tego wymagało klasycznego podejścia”.
Wynika to z rzadkiego zapotrzebowania enzymu na funkcjonowanie dwóch podjednostek lub struktury heterodimerycznej, powiedział.
Z tego powodu wcześniejsze metody analizy poszukujące pojedynczego komponentu okazały się nieskuteczne.
„Oceniamy wielkość białka, na które polujemy, oprócz innych rzeczy, których dowiedzieliśmy się o ścieżce” – powiedział. „Nie znaleźliśmy dobrego wskazania pojedynczego białka w tych szacunkach. Zauważyliśmy jednak obecność dwóch składników o połowę mniejszych od naszych szacunków i pomyśleliśmy, że mogą być dwie podjednostki”.
Dalsze badania proteomiczne i genetyczne potwierdziły ich pomysł i ujawniły zaangażowane geny. Ich praca wykazała, że podjednostki białkowe również mają ciekawą strukturę. Tworzą tak zwaną fałdę Rossmanna, nazwaną na cześć zmarłego profesora Purdue i znanego biologa strukturalnego Michaela Rossmanna.
„Purdue jest w całej petunii” – powiedział Dudareva. „To odkrycie jest najnowsze. Zmapowaliśmy teraz prawie wszystkie geny i ścieżki odpowiedzialne za związki zapachowe petunii. Aby zobaczyć w nim również białka, które uosabiają strukturę odkrytą przez innego członka wydziału i nazwaną na cześć kolegi, dodaje specjalne połączenie. Jest piękny”.
Odniesienie:„Peroksysomalny enzym heterodimeryczny bierze udział w syntezie benzaldehydu w roślinach” Xing-Qi Huang, Renqiuguo Li, Jianxin Fu i Natalia Dudareva, 15 marca 2022, Nature Communications .
DOI:10.1038/s41467-022-28978-2
Oprócz Dudarevy i Huanga w badaniach uczestniczyli Renqiuguo Li i Jianxin Fu, którzy są współautorami artykułu.
Badania te zostały sfinansowane przez National Science Foundation (IOS-1655438) i USDA National Institute of Food and Agriculture (Hatch Project numer 17784).
