(irw) Für die Erforschung des Riechens ist ein interdisziplinäres Forscherteam unter die virtuellen Parfümeure gegangen: Prof. Reinhold Tacke vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Würzburg, Dr. Philip Kraft von der Riechstoff-Forschung der Givaudan Schweiz AG und Prof. Hanns Hatt vom Lehrstuhl für Zellphysiologie der Ruhr-Universität modellierten am Computer einen Geruchsrezeptor für Maiglöckchenduft (hOR17-4). Dieser wurde als erster menschlicher Riechrezeptor im Labor von Hatt detailliert charakterisiert.
Etwa 347 Geruchsrezeptoren befinden sich in unserer Nase. Üblicherweise besteht ein Geruch aus einer großen Anzahl einzelner Riechstoffe, die unterschiedliche Rezeptoren ansprechen. Da zudem jeder einzelne Riechstoff mit mehreren Geruchsrezeptoren reagiert, besitzen selbst einzelne Riechstoffe oft komplexe Gerüche. Spermien hingegen verfügen wohl nur über einen einzigen Rezeptor, der für Maiglöckchenduft sensibel ist. Daher lässt sich mit Hilfe von Spermien der Maiglöckchen-Rezeptor isoliert studieren. Trifft der Maiglöckchenduft auf den Rezeptor, steigert das Spermium seine Geschwindigkeit und bewegt sich in Richtung der Duftquelle. Die Eizelle lockt so die Spermien an.
Ein Rezeptor spricht auf einen Riechstoff an, wenn dieser in dessen Bindungstasche hineinpasst. Ist die Struktur der Tasche bekannt, sollte sich anhand von Computermodellen vorhersagen lassen, ob und wie stark eine Substanz den Riechrezeptor aktiviert. Um diese Theorie zu belegen, testeten die Wissenschaftler in einem Riechtest, wie sich der Austausch eines Kohlenstoff-Atoms durch ein Silicium-Atom auf den Geruch der Maiglöckchen-Duftstoffe Lilial und Bourgeonal auswirkt. Diese subtile Änderung hat nur wenig Einfluss auf die Molekülform und solle nach Vorhersage von Tacke nicht den Hauptcharakter des Duftes, sondern nur die Geruchsschwelle sowie begleitende Nuancen verändern.
Tatsächlich ließ sich die menschliche Nase hereinlegen. "Alle vier der synthetisierten Stoffe zeigen typisch blumig-aldehydige Maiglöckchen-Düfte, riechen jedoch nicht identisch.", erläutert Tacke. In der Nähe ihrer Geruchsschwellenwerte seien die Duftstoffe dagegen nicht mehr zu unterscheiden. "Bei diesen geringen Konzentrationen wird nur noch der empfindlichste Maiglöckchen-Rezeptor aktiviert," kommentiert Hatt.
Im Vorfeld hatten die Forscher auf der Basis berechneter Bindungsenergien die Geruchsintensitäten sowie die Empfindlichkeit der Spermien auf die Substanzen vorhergesagt. Diese Vorhersagen stimmten sehr gut mit den experimentellen Befunden überein. Wie erwartet lagen die Geruchsschwellen für die manipulierten Riechstoffe deutlich höher als für Lilial und Bourgeonal. "Die Ergebnisse belegen daher eindeutig, dass es die elektronische Oberflächenstruktur eines Moleküls ist, die die Wechselwirkungen eines Riechstoffs mit seinen Rezeptoren bestimmt - und damit seinen Geruch", so das Fazit der Wissenschaftler.
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