DNA-molekyler skal bruges til at efterligne vores smagssans
Menneskets smagssans er kompleks og vanskelig at efterligne. Et tværfagligt projekt sigter nu mod at udvikle ekstremt hurtige kunstige ’smagsmaskiner’, der bruger DNA-molekyler som milliarder af små ”sensorer” til at efterligne menneskets smagssans med en hidtil ukendt nøjagtighed.
Forskere fra Aarhus Universitet deltager i et nyt projekt, DNA-SHAPES, der har til formål at lave molekylært-baserede definitioner af komplekse blandinger af fødevareingredienser og sammenholde dem med menneskets sanser. Målet er at udvikle kunstig smagsteknologi, som minder om vores naturlige smagssans, og som derved kan oversætte de forskellige sensoriske elementer i en fødevarer til digitaliseret information i form af DNA-sekvenser.
Ved at anvende nye højhastighedsmetoder til sekventering af DNA, håber projektets partnere at kunne udvikle kunstige ‘smagsmaskiner’, der ikke alene kan hjælpe med at bestemme sensoriske egenskaber, men også gøre det muligt at vurdere kvalitet, ægthed og forurening af fødevarer på hurtig vis til industrielt brug.
Formålet er at efterligne den naturlige smagssans ved at skabe et bibliotek af milliarder af forskellige molekylære biosensorer, der specifikt kan binde til enkelte stoffer i en opløsning. Det gøres ved at udvælge underklasser af biosensorer, der kan binde til komponenterne i en bestemt fødevareblanding, og efterfølgende karakterise dem. Projektleder professor Jørgen Kjems fra Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO)/Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet og hans kollegaer mener, at de kan skabe et billede af ingredienserne, der er meget lig de principper, som vores egne sanser følger.
Tværfagligheden spiller en afgørende rolle
Mens iNANO tager sig af den molekylære sensoriske teknologi i DNA-SHAPES, vil professor Derek Victor Byrne og hans forskergruppe Fødevarekvalitet, Perception & Samfund fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet arbejde med menneskets opfattelse og smagssensoriske aspekter i projektet. De vil udføre ultrapræcise kvantitative beskrivelser af sensoriske profiler af komplekse fødevaresystemer til at benchmarke og fokusere udviklingen af DNA-SHAPES analyser.
Niki Alexi fra Grækenland er ansat i Derek V. Byrnes forskergruppe med henblik på at overføre principperne fra projektet til forskellige typer af fødevarer.
Hun uddyber fordelen ved den tilgang, som DNA-SHAPES har:
- Ved ikke-sensoriske metoder måler vi normalt én type af stoffer med én metode og en anden type af stoffer med en anden metode. Det betyder, at man dybest set skal nedbryde produktet/fødevaren for at lave en profil af det med ikke-sensorisk måleudstyr. I dette projekt er ambitionen at udvikle en metode, der kan måle alle komponenterne simultant og derved give os et mere holistisk billede af produktet ligesom vi gør i sensorik hvor vi anvender mennesker som ”måleredskaber”. Vi kombinerer ikke alene forskellige videnskabelige discipliner, men ser også på hele fødevarematricen. Det er et vigtig aspekt, da den menneskelige smagsoplevelse ikke blot forholder sig til de enkelte stoffer i et produkt, men i højere grad er forbundet i et overordnet samspil mellem enkeltkomponenterne. Det betyder, at det vi oplever kan være meget forskelligt afhængigt af den overordnede sammensætning af et givent produkt.
Selvom det sandsynligvis er umuligt at efterligne menneskets smagssans fuldkomment, vil det at nærme sig den have flere fordele.
Niki Alexi forklarer:
- Målinger af menneskers sensoriske opfattelser er guldstandarden til at udtrykke og analysere fødevarers sensoriske egenskaber. Sensorisk analyse egner sig dog ikke til hurtige eller kontinuerlige målinger af fødevareegenskaber. Samtidigt, kan man heller ikke servere alt for mennesker. Eksempelvis omfatter nogle studier produkter, der til en vis grad er fordærvede og dermed upassende at teste på menneskelige paneler. En anden problematik kan være mængden af produkter, man skal teste i et sensorikpanel, da mennesker kan blive trætte. Metoden, der udvikles i DNA-SHAPES er hurtig - og heller ikke påvirket af begrænsninger mht. mængden og typen af produkter, der kan testes. Metoden kan derfor være en effektiv måde for industrien til screening af kvalitet af nye ingredienser eller prototyper.
Udvikling af et fælles sprog på tværs af forskningsdiscipliner
De to forskergrupper fra iNANO og Institut for Fødevarevidneskab er nu i gang med at forbinde data fra sensoriske opfattelser og DNA-sekventering med henblik på at kortlægge sammenhænge mellem sensoriske egenskaber og DNA-SHAPES fingeraftryk af de forskellige prøver. Niki Alexi lægger vægt på behovet for at udvikle et fælles tværdisciplinært sprog gennem hele arbejdsprocessen.
- Nøgleordet er kommunikation. Det at tale det samme sprog er vigtigt, da vi forsøger at måle de samme ting, siger hun.
Professor Derek V. Byrne siger følgende om samarbejdet:
- Dette er et virkeligt tværfagligt projekt, der involverer to meget forskellige videnskabelige tilgange, der arbejder mod et fælles mål. Vi sammenkobler sanserne til DNA-baserede sensorer, det vil sige to vidt forskellige forskningsfelter. Der er store perspektiver i resultaterne af projektet. Ikke alene kan metoden på detaljeret vis screene kvalitet, ægthed og forfalskning i fødevarer, men den kan også hjælpe med at forbedre vores forståelse af, hvordan vi mennesker opfatter smag.
Om projektet
Det oprindelige Carlsberg-finansierede projekt har beskæftiget sig med øl som modelprodukt, da øl også smagsmæssigt er et kompleks produkt. I løbet af projektet vil Niki Alexi anvende metoden i forskellige andre produkter for at udvide anvendelsesområdet og mulighederne udviklet i DNA-SHAPES. Metoden kunne for eksempel anvendes i forbindelse med udvikling af proteinholdige fødevarematricer, der kan anvendes i praksis på det danske fødevaremarked eller andre steder.
Menneskets smagssans Mennesker har cirka 5000 smagsløg, der hver indeholder cirka 100 celler. Hver celle har 50-100 forskellige receptorer. Når receptorerne binder specifikke smagsstoffer, sætter det gang i en række signaler mellem cellerne, hvilket omdannes til nervesignaller til hjernen. Det betyder, at komplekse signaler fra cirka 500,000 celler skaber den smag, vores hjerne opfatter.
Projektet finansieres med 6,1 mio kr. af Carlsbergfondets Semper Ardens-stipendier, som er målrettet visionære, tværfaglige, banebrydende projekter, hvor ansøgerne bevæger sig ud i nyt forskningsterritorium. DNA-SHAPES begyndte i 2017 og varer i tre år.
Mere information
Professor Jørgen Kjems (projektleder)
iNANO/Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
jk@mbg.au.dk; 2899 2086
Professor Derek Victor Byrne
Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
derekv.byrne@food.au.dk; 2878 2840