Der Geschmacksinn gibt uns Hinweise darauf, ob ein Lebensmittel bekömmlich oder schädlich ist. Bei Fruchtfliegen haben Forscher nun einen neuen Rezeptor entdeckt, der ihnen ermöglicht, den Geschmack alkalischer Nahrung wahrzunehmen. Da diese für die Tiere schädlich ist, meiden sie diese üblicherweise nach dem ersten Probieren. Individuen dagegen, bei denen die Forscher den neu entdeckten Geschmacksrezeptor abschalteten, konnten Nahrung mit neutralem und basischem pH-Wert nicht mehr auseinanderhalten und zeigten keine Präferenz beim Verzehr. Den Forschern zufolge ist es denkbar, dass andere Tiere und vielleicht sogar wir Menschen ebenfalls über bisher unentdeckte Rezeptoren für basischen Geschmack verfügen.
Bevor wir ein potenzielles Nahrungsmittel verzehren, nehmen wir durch die Geschmacksknospen auf unserer Zunge in Kombination mit den Geruchszellen in der Nase wahr, wie es schmeckt. Dieser Sinneseindruck liefert uns wichtige Informationen darüber, ob sich in unserem Mund ein genießbares Lebensmittel befindet oder eine giftige Substanz, die wir lieber schnell wieder ausspucken sollten. Ähnlich wie beim Menschen ist auch für Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) nachgewiesen, dass sie süß, salzig, bitter und sauer schmecken können. Umstritten ist jedoch seit langem die Frage, ob Lebewesen neben saurem Geschmack, der einen niedrigen pH-Wert anzeigt, auch einen hohen pH-Wert über den Geschmackssinn wahrnehmen können.
Hinweise aus frühen Studien
„In den 1940er Jahren wurde in Studien an menschlichen Probanden festgestellt, dass die Zungenspitze, die mit Geschmacksknospen angereichert ist, empfindlicher auf die basische Substanz Natriumhydroxid (NaOH) reagiert als der mittlere Teil der Zunge, der nur wenige Geschmacksknospen aufweist“, erklärt ein Team um Tingwei Mi vom Monell Chemical Senses Center in Philadelphia. „Das deutet darauf hin, dass alkalische Lösungen geschmackliche Eigenschaften haben können.“ Zudem stellten Forscher fest, dass Insekten wie Käfer basisches Futter meiden. Ob diesem Verhalten allerdings eine eigenständige Geschmackswahrnehmung zugrunde liegt, blieb unklar.
„Seit diesen frühen Studien wurde nur wenig mechanistische Forschung betrieben, um die molekularen und zellulären Grundlagen des alkalischen Geschmacksempfindens zu entschlüsseln“, so Mi und seine Kollegen. Mit umfangreichen Experimenten an Fruchtfliegen haben sie nun nachgewiesen, dass diese tatsächlich einen Geschmackssinn für alkalische Substanzen haben. „Wir haben bei den Fliegen ein Gen isoliert, das die Geschmacksreaktion auf starke Alkalität reguliert und dem wir den Namen Alkaliphile (Alka) gaben“, berichten die Autoren. „Unsere molekulargenetischen Studien ergaben, dass Alka sowohl notwendig als auch hinreichend ist, um hochgradig basische Nahrungsmittel zu vermeiden.“
Neu entdeckter Rezeptor prägt Geschmackswahrnehmung
Das Gen, das in den Geschmacksrezeptorneuronen der Fruchtfliegen exprimiert wird, codiert für einen bislang unbekannten Ionenkanal, der direkt durch das Hydroxidion OH-, das alle Basen kennzeichnet, aktiviert wird. Wenn OH- Ionen an den Kanal binden, öffnet sich dieser, sodass negativ geladene Chloridionen aus der Zelle ausströmen, die Membran depolarisiert wird und das Signal weitergeleitet wird. „Unsere Arbeit zeigt, dass Chloridkanäle, die lange Zeit übersehen wurden, entscheidende Funktionen bei der Geschmackssignalisierung an das Gehirn haben“, sagt Mis Kollege Yali Zhang.
Wie genau sich der neu entdeckte Rezeptor auf die Geschmackswahrnehmung der Fruchtfliegen auswirkt, testete das Team mit verschiedenen Experimenten. Im ersten Schritt ließen sie Wildtyp-Fruchtfliegen zwischen zwei Arten von Nahrung auswählen: Einem Tropfen Zuckerwasser, und einem Tropfen, der die gleiche Menge an Zucker enthielt, aber zusätzlich eine kleine Menge Natriumhydroxid. „Die Fruchtfliegen bevorzugten stark das neutrale Zuckerwasser und mieden das basische“, so die Forscher. Im nächsten Schritt schalteten sie das Alka-Gen bei einigen Fruchtfliegen durch genetische Modifikation ab. Diese Tiere verloren ihre Aversion gegen basisches Futter, konnten also offenbar den hohen pH-Wert nicht mehr wahrnehmen.
Auch bei anderen Spezies?
Mit optogenetischen Methoden manipulierten die Forscher zudem bei einigen Individuen direkt die Geschmackswahrnehmung. Dazu veränderten sie die Tiere genetisch so, dass die Nervenzellen, die normalerweise durch den Alka-Rezeptor aktiviert werden, durch Lichteinstrahlung gesteuert werden konnten. Sorgten die Forscher nun dafür, dass die Nervenzellen nicht aktiviert werden, fraßen die Fliegen auch basisches Futter. Aktivierten die Forscher dagegen die entsprechenden Nervenzellen und vermittelten den Fliegen so künstlich den Geschmackseindruck basisch, mieden die Individuen auch neutrales Zuckerwasser. „Der alkalische Geschmack kann also einen großen Einfluss darauf haben, was die Fliegen fressen wollen“, so Zhang.
Aus biologischer Sicht ist dieser Mechanismus sinnvoll: Fruchtfliegen, die regelmäßig basische Nahrung zu sich nehmen, haben eine verkürzte Lebensspanne. Die Geschmackswahrnehmung und Aversion sind für sie demnach lebenswichtig. Auch für andere Lebewesen, darunter auch uns Menschen, ist Nahrung mit einem zu hohen pH-Wert schädlich. „Die Erkennung eines basischen pH-Werts ist für die Nahrungsauswahl vieler verschiedener Spezies wichtig“, schreibt das Forschungsteam. Daher sei es plausibel, dass entsprechende Rezeptoren nicht nur bei Fruchtfliegen verbreitet sind. „Unsere Arbeit bietet eine konzeptionelle Grundlage, um die neuronalen Mechanismen zu untersuchen, die den alkalischen Geschmacksempfindungen bei anderen Tieren zugrunde liegen“, so das Team.
Quelle: Tingwei Mi (Monell Chemical Senses Center, Philadelphia, USA) et al., Nature Metabolism, doi: 10.1038/s42255-023-00765-3
Wie Cannabinol den Schlaf fördert
