Den körsbärssmaken du njuter av i godis och läsk är sannolikt en kombination av aromatiska och smakföreningar som upptäckts genom studier av växter i laboratorier långt från körsbärsträd. Det och den söta doften av ditt mandelextrakt kan faktiskt vara artighet av en petuniablomma.
Vissa smaker och aromer är mer svårfångade än andra, och ett team av Purdue University-forskare hittade nyligen det molekylära receptet för en av de mest eftertraktade föreningarna av smakindustrin:bensaldehyd. Det kanske inte låter välsmakande, men det är nyckeln till några av de mest populära smakerna inklusive körsbär, mandel och hallon. Det är näst efter vanillin när det gäller ekonomiskt värde för livsmedelsindustrin.
Natalia Dudareva, framstående professor i biokemi vid Purdue's College of Agriculture, och postdoktoralforskaren Xing-Qi Huang använder petunior för att upptäcka det molekylära receptet för den värdefulla smakföreningen bensaldehyd. Föreningen finns i aromen av många frukter, såväl som petunia. Kredit:Purdue University foto/Xing-Qi Huang
"Bensaldehyd är det som ger den där behagliga mandelliknande doften och är en del av aromen av många frukter", säger Natalia Dudareva, framstående professor i biokemi vid Purdue's College of Agriculture, som ledde teamet. "Den doften lockar pollinatörer och förutom dessa frukter finns den i andra växter, inklusive petunior."
Biokemister spårar de molekylära recepten, kallade biosyntetiska vägar, som gör dessa föreningar och gör att de kan buteljeras i olika smaker för de produkter vi tycker om. När steg i det molekylära receptet saknas används kemikalier utanför de naturliga processerna i kommersiell produktion, förklarade hon.
"När kemiska reaktioner läggs till för att fylla luckorna kan det vara ett problem", säger Dudareva, som också är chef för Purdues Center for Plant Biology. "Det är mycket bättre och säkrare att använda en helt naturlig väg till en smakförening, men det är svårt att upptäcka alla steg. Bensaldehyd har en särskilt förbryllande biosyntetisk väg, och den avslöjades inte helt förrän nu.”
Natalia Dudareva, framstående professor i biokemi vid Purdues College of Agriculture, står i sitt laboratorium. Dudareva ledde ett team av forskare som kartlade den biosyntetiska vägen för bensaldehyd, en av de mest värdefulla smakföreningarna för livsmedelsindustrin. Kredit:Purdue Agricultural Communications foto/Tom Campbell
Dudareva och hennes team studerade doften av petuniablommor för att upptäcka det molekylära receptet för bensaldehyd. Arbetet beskrivs i detalj i en artikel publicerad i tidskriften Nature Communications , och ett patent på processen är under behandling.
"Målet är att ha den naturliga processen som finns i växter, och denna upptäckt gör det möjligt för en mycket viktig smakförening," sa Dudareva. "Alternativet till syntes är verkligen att extrahera en förening från växter, men bara 1,5 % av bensaldehyden i världsomspännande produktion erhålls på detta sätt."
Den biosyntetiska vägen kommer sannolikt att överföras genetiskt till jäst eller andra mikrober för att införliva den i fermenteringsprocessen som ofta används i livsmedels- och dryckesproduktion, sa hon.
Teamet fann att syntesen av bensaldehyd i petunia-kronblad involverar ett enzym som består av två underenheter som måste kombineras i lika stora mängder för att aktiveras, säger Xing-Qi Huang, författare till uppsatsen och postdoktor i Dudarevas labb.
Xing-Qi Huang, postdoktoral forskning vid Purdues avdelning för biokemi vid College of Agriculture. Huang står bland petuniablommor som han använde i sitt arbete med de biosyntetiska vägarna för smak- och aromföreningar. Kredit:Purdue University foto/Ya Wei
"Genen som är direkt ansvarig och enzymet som behövs för bensaldehydsyntes var ett mysterium," sa han. "Vi provade nyare tekniker, men det krävdes ett klassiskt tillvägagångssätt för att avslöja det."
Detta berodde på enzymets ovanliga behov av två subenheter för att fungera, eller heterodimer struktur, sa han.
På grund av detta verkade tidigare analysmetoder som letade efter en enskild komponent misslyckas.
"Vi uppskattar storleken på proteinet vi jagar utöver andra saker vi har lärt oss om vägen," sa han. "Vi hittade inte en bra indikation på ett enda protein inom den uppskattningen. Men vi märkte närvaron av två komponenter som var hälften så stora som vår uppskattning, och vi trodde att det kanske fanns två underenheter.”
Ytterligare proteomiska och genetiska tester bekräftade deras idé och avslöjade de inblandade generna. Deras arbete fann att proteinsubenheterna också har en intressant struktur. De bildar det som kallas Rossmann-vecket, uppkallat efter den avlidne Purdue-professorn och den kända strukturbiologen Michael Rossmann.
"Purdue finns över hela petunian," sa Dudareva. "Denna upptäckt är den senaste. Vi har nu kartlagt nästan alla gener och vägar som är ansvariga för petuniadoftföreningar. Att även se proteiner i det som förkroppsligar en struktur som upptäckts av och uppkallad efter en kollega i fakulteten ger en speciell koppling. Det är vackert.”
Referens:"Ett peroxisomalt heterodimert enzym är involverat i bensaldehydsyntes i växter" av Xing-Qi Huang, Renqiuguo Li, Jianxin Fu och Natalia Dudareva, 15 mars 2022, Nature Communications .
DOI:10.1038/s41467-022-28978-2
Förutom Dudareva och Huang deltog Renqiuguo Li och Jianxin Fu i forskningen och är medförfattare till artikeln.
National Science Foundation (IOS-1655438) och USDA National Institute of Food and Agriculture (Hatch Project nummer 17784) finansierade denna forskning.
