Gærceller får smags- og lugtesans som et menneske

Menneskers evne til at smage og lugte er bundet op på funktionen af hundredvis af forskellige såkaldte GPCR’er (G-protein-koblede receptorer), der hver især kan binde til og genkende forskellige molekyler i omgivelserne.

Det kan dreje sig om smagen af flæskesteg eller duften af nybagt brød, der begge aktiverer forskellige GPCR’er, som efterfølgende sender et signal videre til hjernen.

I næsen alene er 400 forskellige GPCR’er ansvarlige for, at vi kan opfange og skelne mellem for eksempel duften af roser og lugten af prut.

Gærceller har ikke de samme muligheder for at sanse deres omgivelser som os mennesker. Faktisk kan de kun sanse, om der er en mulig partner eller sukker i omgivelserne. Det handler for gærcellerne om sex og mad – mere skal de ikke bruge.

Nu har forskere pillet ved gærcellernes sanser og gjort dem i stand til lugte og smage som et menneske. Forskerne har mere præcist giver gærcellerne evnen til at sanse cannabinoider, og det har store perspektiver inden for blandt andet udvikling af nye lægemidler.

”Vi har manipuleret gærcellerne til at kunne sanse cannabinoider og sende et signal videre, så vi kan se, at der er cannabinoider i gærcellernes omgivelser, og hvor meget der er. Med gærcellerne kan vi blandt andet screene tusindvis af planter for stoffer med et terapeutisk potentiale, og vi kan også undersøge, om folk er på stoffer, eller om nogen forsøger at smugle ulovlige cannabinoider gennem lufthavnskontrollen,” fortæller en af forskerne bag udviklingen af gærcellerne, professor Sotirios Kampranis fra Sektion for Plantebiokemi, Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.

Cannabinoider får gærceller til at lyse rødt

I forskningen har Sotirios Kampranis sammen med kollegaerne lektor Karel Miettinen og ph.d.-studerende Nat Leelahakorn byttet den GPCR, som gærceller bruger til at sanse en partner i omgivelserne, ud med menneskets GPCR for at genkende cannabinoider.

Efterfølgende introducerede forskerne også et sæt gener i gærcellernes arvemateriale, således at når de sanser cannabinoider i omgivelserne, lyser de enten fluorescerende grønt, producerer rødt pigment eller lyser op som en ildflue.

Sotirios Kampranis fortæller, at evnen til at sanse cannabinoider har en helt særlig funktion i mennesker, som faktisk ikke har så meget med cannabis at gøre.

Funktionen af de humane cannabinoid-receptorer spiller en stor rolle i kroppens inflammatoriske respons, idet receptorerne er designet til at sanse en gruppe molekyler som kaldes endocannabinoider, som vi selv producerer, og som virker antiinflammatoriske og også fungerer som regulatorer af immunforsvaret.

”De humane receptorer responderer også på naturlige stoffer som dem, der bliver produceret af cannabis-planten, og som vi kender som cannabinoider. Ligesom cannabinoider kan andre naturlige stoffer have en terapeutisk effekt på personer med forskellige inflammationsrelaterede sygdomme som multipel sklerose og andre autoimmune sygdomme. På den måde kan vores gærceller være med til at identificere nye naturlige stoffer, der kan have et terapeutisk potentiale,” forklarer Sotirios Kampranis.

Fandt potentielle lægemidler i mexicanske planter

Ifølge Sotirios Kampranis kan gærcellerne specielt være interessante inden for udvikling af nye lægemidler.

Udvikling af lægemidler er en dyr affære, men med gærcellerne kan man meget hurtigt og billigt finde stoffer, som kan modulere receptorerne hos mennesker og dermed have potentiale inden for afhjælpning af sygdomme.

I forskningsarbejdet validerede forskerne potentialet i deres gærceller ved at undersøge indholdet af cannabinoider i 54 forskellige mexicanske planter.

Forskerne blendede blade, stængler og rødder fra planterne og tilførte derefter gærcellerne. Lyste de rødt, når de kom i kontakt med ekstraktet fra planterne, var der cannabinoider i prøverne.

Forskerne ramte jackpot.

”Vi fandt en ny og indtil videre ukendt cannabinoid, og da vi efterfølgende undersøgte den nærmere, fandt vi, at den aktiverede cannabinoidreceptoren meget stærkt. Måske har den et terapeutisk potentiale. Det skal videre undersøgelser vise, for vi kan altid bruge flere lægemidler,” siger Sotirios Kampranis.

Gærceller kan finde narko

En anden applikation af gærcellerne er inden for politiets arbejde med at finde narkotika i for eksempel lufthavne, eller om folk er på stoffer.

Forskerne har til det formål udviklet en transportabel anordning, som kan identificere tilstedeværelsen af cannabinoider i ”real life”-situationer uden for laboratoriet.

Anordningen kan 3D-printes eller sammensættes fra materialer, som kan nemt fås online, passer til en mobiltelefon og kan benyttes til at teste eksempelvis spyt, urin eller en prøve fra en kuffert for cannabinoider. Anordningen benytter mobiltelefonens kamera til at se, om gærcellerne lyser op, og det tager blot 15 minutter at få et svar.

Sotirios Kampranis forklarer, at det mest geniale ved anordningen er, at gærcellerne er ligeglade med, hvilken type cannabinoider der er i omgivelserne. De reagerer alene på, at cannabinoidreceptorerne bliver aktiveret.

”Det vil sige, at vi kan teste for både naturlige cannabinoider samt designer-drugs, der er kemiske stoffer med meget anderledes strukturer, men med samme effekt som cannabinoider. Vi kan også teste for stoffer, som endnu ikke er opdaget eller udviklet,” siger han.

Kan finde meget mere end bare cannabinoider

Med udviklingen af de cannabinoid-reagerende gærceller har forskerne vist, at det er muligt at give gærceller sanser, som ligner sanserne hos mennesker.

Potentialet er derfor meget større end blot at lede efter cannabinoider.

Sotirios Kampranis fortæller, at det også vil være interessant at lave gærceller, der kan finde nye opioider, som kan benyttes inden for smertebehandling, og som ikke kommer med de samme afhængighedsskabende effekter som for eksempel morfin.

Desuden er systemet så let at arbejde med, at det gør det muligt for små laboratorier at bruge det uden behov for dyrt udstyr og trænet personale. Det er en demokratisering af forskning inden for forskellige forskningsområder, hvilket kan hjælpe til med at accelerere udviklingen af for eksempel nye lægemidler, eftersom mange flere forskere kan hjælpe til med at pege på interessante lægemiddelkandidater.

I betragtning af, at 35 pct. af alle lægemidler på markedet er målrettet en GPCR, åbner det ifølge Sotirios Kampranis op for nogle interessante muligheder.

Andre muligheder er at udvikle gærceller, der kan finde forurening i vand- eller jordprøver og pesticider i frugt og grønt og kan finde ud af, om forskellige fødevarer lugter, som de skal, eller om de er ved at fordærve.

Så længde et kemisk stof interagerer med en GPCR i mennesker, kan forskerne designe gærceller, som kan identificere det.

”Mange områder kan forbedres med kunstige sanser, der kan identificere tilstedeværelsen af forskellige stoffer. Kun fantasien sætter grænsen,” siger Sotirios Kampranis.