Entwicklung einer Methode zur Vorhersage bitterer Peptide in Nahrungsproteinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses von der DFG geförderte interdisziplinäre Projekt hat erfolgreich eine Toolbox zur Vorhersage und Charakterisierung bitterer Peptide in Lebensmittelproteinen entwickelt, indem es computergestützte Modellierung, Rezeptorstudien und sensorische Untersuchungen miteinander verband. Zu den wichtigsten Errungenschaften zählen die Entwicklung der umfassenden Datenbank „Bitter Space 1000“, die 911 Peptide (553 bittere und 358 nicht-bittere) enthält, sowie das BitterPep-GCN-Modell, das erste graphische neuronale Netzwerkmodell zur Vorhersage der Bitterkeit von Peptiden. Die Leistungsfähigkeit des Modells wurde durch sensorische Tests (Bitterkeitsschwellen von 153–851 μmol/L für identifizierte Tripeptide) und funktionelle Studien validiert, wodurch die für den bitteren Geschmack von Peptiden verantwortlichen Bittergeschmacksrezeptoren identifiziert werden konnten. Rezeptorstudien zeigten auch eine evolutionäre Konservierung der Aktivierungsmuster von Bittergeschmacksrezeptoren und belegten, dass Gallensäuren und Peptide identische TAS2Rs (TAS2R1/4/14/39/46) durch einen Mechanismus der „strukturellen Mimikry” aktivieren. Weitere wichtige Erkenntnisse waren die Identifizierung der Methioninoxidation als entscheidender Faktor für die Bitterkeit in Cyclolinopeptiden aus Leinsamenöl und die Charakterisierung rezeptorspezifischer Reaktionen auf die Peptidlänge (z. B. die Präferenz von TAS2R4 für Hexapeptide). Die entwickelte AF-Molecular-Dynamics-Pipeline ermöglichte darüber hinaus eine Analyse der Peptid- Rezeptor-Wechselwirkungen auf atomarer Ebene. Diese umfassende Toolbox, die prädiktive Modellierung mit mehrstufiger experimenteller Validierung verbindet, bietet einen beispiellosen Rahmen für die Optimierung pflanzlicher Proteine, die Steuerung von Fermentationsprozessen und die Entwicklung verbesserter Lebensmittelzutaten, mit weitreichenden Auswirkungen auf die nachhaltige Lebensmittelproduktion und die Akzeptanz durch die Verbraucher.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Activation Spectra of Human Bitter Taste Receptors Stimulated with Cyclolinopeptides Corresponding to Fresh and Aged Linseed Oil. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 70(14), 4382-4390.
Lang, Tatjana; Frank, Oliver; Lang, Roman; Hofmann, Thomas & Behrens, Maik
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Bitter peptide GPCRs: Identifying peptide signatures and key receptors residues using computational tools. 4GPCRnet, International Symposium, Leipzig University, Campus Augustusplatz, 04103 Leipzig, Germany
Steuer A.
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Bitter peptide GPCRs: Identifying peptide signatures and key receptors residues using computational tools. Weihenstephan Bioinformatics Symposium 2022, 20.10.2022, TUM School of Life Sciences, Alte Akademie 1-3, Asam Saal, Freising
Steuer, A.
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Schlüsselgeschmacksstoffe und -aromastoffe von Brotkrume – Modulation der sensorischen Wahrnehmung. In Arbeitstagung des Regionalverbandes Bayern der Lebensmittel-chemischen Gesellschaft
Amann L. S.
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Elucidation of amino acid and peptide bitterness. 13th Wartburg Symposium on Flavor Chemistry and Biology, Eisenach, Germany
Schaefer S., Ziegler F., Lang T. & Behrens M.
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Applicability of Graph Neural Networks (GNNs) for classification and prediction of peptides’ bitter taste. 18th German Conference on Cheminformatics (GCC 2024), 3.11.- 6.11.2024, Bad Soden am Taunus, Deutschland
Steuer A.
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Bitter peptide prediction using graph neural networks. Journal of Cheminformatics, 16(1).
Srivastava, Prashant; Steuer, Alexandra; Ferri, Francesco; Nicoli, Alessandro; Schultz, Kristian; Bej, Saptarshi; Di Pizio, Antonella & Wolkenhauer, Olaf
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Characterizing the bitter peptide space using cheminformatics tools. FLA- VOURsome Satellite Event at 17th Weurman Flavour Symposium, 23.09.2024, Wageningen University and Research in Wageningen
Steuer A.
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Flavor stimuli in plant-based proteins: curses and blessings. 17th International Weurman Symposium, Wageningen, The Netherlands
Dawid C.
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GNNs for prediction of peptides’ bitter taste. 22nd GPCR Zoominar (01.02.2024, online
Steuer A.
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Machine Learning Predictor for Bitter Peptides. 52nd German Food Chemistry Days (Deutsche Lebensmittelchemietage), 16.09.-18.09.2024, Freising, Technische Universität München, Campus Weihenstephan
Steuer, A.
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Membrane-bound chemoreception of bitter bile acids and peptides is mediated by the same subset of bitter taste receptors. Cellular and Molecular Life Sciences, 81(1).
Schaefer, Silvia; Ziegler, Florian; Lang, Tatjana; Steuer, Alexandra; Di Pizio, Antonella & Behrens, Maik
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Metabolomics for plant-based fermentative dairy flavors. Netherlands Metabolomics Centre, Metabolomics & Fermented Foods 2024, online
Dawid C.
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New insights into peptide bitterness. International Symposium on Olfaction and Taste (ISOT) XIV, Reykjavik, Iceland
Schaefer S., Ziegler F., Lang T., Steuer A., Di Pizio A. & Behrens M.
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Promoting human health and well-being through sustainable agri-food systems by means of phytometabolomics approaches. Inaugural lecture, TUM School of Life Science, Freising, Germany
Dawid C.
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Sensomics and Nutritional Metabolomics. SIFBI-TUMCreate Workshop, Singapore
Dawid C.
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Sensomics and Sensoproteomics help to navigate the flavor code of protein alternatives. IFF Global Analytical Workshop, online
Dawid C.
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Signature Motifs Responsible for Bitter Taste in Peptides. 17th International Weurman Flavour Research Symposium, 27.09.2024, Wageningen University and Research in Wageningen, Netherlands
Steuer A., Eckrich L., Schäfer S., Behrens M., Dawid C. & Di Pizio A.
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Unraveling the molecular mechanisms of flavor perception in the era of AI. Beilstein Bozen Symposium 2024 – “AI in Chemistry and Biology: Evolution or Revolution?”, Rudesheim, Germany
Di Pizio, A.
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Vertebrate bitter taste receptors: Their functions and ligands from an evolutionary perspective. The 58th Annual Meeting of the Japanese Association of Taste and Smell (JASTS), Okayama, Japan
Behrens, M.
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Biomolecular and biophysical AFM probing reveals distinct binding of bitter peptide VAPFPEVF to TAS2R16 without inducing an intracellular calcium response. Food Chemistry, 484, 144448.
Richter, Phil; Karanth, Sanjai; dos Santos Natividade, Rita; Nicoli, Alessandro; Kogut-Guenthel, Małgorzata M.; Benthin, Julia; Di Pizio, Antonella; Koehler, Melanie & Somoza, Veronika
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Exploring the Molecular Space of Bitter Peptides via Sensory, Receptor, and Sequence Data. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 73(31), 19642-19651.
Steuer, Alexandra; Eckrich, Laura Sophie; Schaefer, Silvia; Mittermeier-Kleßinger, Verena Karolin; Otterbach, Alexander; Behrens, Maik; Dawid, Corinna & Di Pizio, Antonella
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Von Vorlieben und Abneigungen zu Rezeptoren: Die Biologie unseres Geschmackssinnes. 62. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V., Kassel
Schaefer S.
