De genetica van het cafeïneshot

De 25.000 genen van de koffieplant zijn nu beschreven. 23 daarvan zijn gereserveerd voor het maken van cafeïne. Misschien is die stof ook verslavend voor insecten die de nectar opzuigen.

fotoreuters

Cafeïne is wereldwijd de meest gebruikte verslavende, psycho-actieve drug. Ongetwijfeld is die stof er verantwoordelijk voor dat er per minuut wereldwijd ruim 1,5 miljoen kopjes koffie worden volgeschonken. Hoe die stof in de boon komt, is nu bekend. De koffieplant heeft ruim 25.000 genen – 5.000 meer dan de mens – en 23 ervan zijn gereserveerd voor de laatste drie reactiestappen die de plant nodig heeft om cafeïne te maken.

Het plantengeslacht Coffea heeft meer dan 124 soorten, maar de koffie die wij drinken komt van bonen van maar twee plantensoorten: Coffea arabica en Coffea canephora. Die laatste heet ook wel Coffea robusta. Die leveren de twee hoofdsoorten koffie: arabica en robusta.

Robustagenen

Robusta smaakt wat bitterder, is wat makkelijker te telen en is goedkoper. De arabicasoorten smaken subtieler. De meeste koffies zijn mengsels van robusta en arabica en worden door de branders zo samengesteld dat een merk koffie steeds ongeveer dezelfde smaak houdt. Een grote groep met overwegend Franse onderzoekers heeft vrijdag in Science de genen van C. canephora beschreven, dus van de robustakoffie.

Koffiesmaken ontstaan door moleculen in de koffie die bij mensen een smaaksensatie teweegbrengen. De koffieplant bouwt die moleculen met enzymen op uit kleinere organische moleculen die bij de fotosynthese ontstaan. Enzymen zijn eiwitten waarvan het sjabloon in een gen vastligt. Daardoor is aan de genen te zien wat de koffieplant allemaal kan maken. Alle planten bouwen hun smaakmoleculen op dezelfde manier op. De hoofdgroepen smaakgevende moleculen zijn bekend als flavonoïden, isoflavonen en alkaloïden. Aan de hoeveelheid genen die een plant voor de synthese van deze smaakmoleculen heeft, is te zien hoe gespecialiseerd een plant is.

De koffieplant beschikt over een uitgebreider arsenaal van deze smaakgenen dan de druif, de tomaat en het laboratoriumplantje Arabidopsis (de zandraket). Dat rolt uit een meteen ook al uitgevoerde vergelijking tussen de genen van die planten.

Cafeïne als afweermechanisme

Die flavonoïden en isoflavonen waarderen wij om hun smaak of kleur of vanwege het idee dat die stoffen gezond zijn. Maar planten maken die stoffen nogal eens om zichzelf te beschermen tegen bacteriën, schimmels, insecten, wormen en virussen. Of tegen grazers. De koffieplant heeft 392 genen die beschermende eiwitten maken tegen al die aanvallen.

Waarom de koffieplant ooit cafeïne is gaan maken – voor ons vrijwel zonder smaak, maar wel een gegarandeerd pepmiddel – staat niet helemaal vast. De plant maakt niet alleen cafeïne in zijn bloemen en zaden (de koffiebonen) maar ook in zijn bladeren. Het idee is dat cafeïne in het blad insecten weerhoudt van vraat. Maar er zijn ook onderzoekers die denken dat cafeïne niet alleen voor mensen, maar ook voor bestuivende insecten verslavend is. Zodat ze vaak op koffiebloemen landen om nectar te zuigen.

Cafeïne remt in ieder geval de wortelgroei van jonge plantjes. En dat is, denken biologen, het nut van cafeïne in zaden. De ontkiemende koffieplant zou op die manier de groei van concurrerende planten onderdrukken. Maar zeker is dat de cafeïne uit afgevallen blad en bessen ook giftig is voor de koffieplant zelf.

De genetische variatie van koffieplanten is het grootst in Noordwest-Afrika, waar de plant oorspronkelijk vandaan komt. Daarbuiten is hij juist klein, want bijvoorbeeld vrijwel alle arabica-koffieplanten die in Zuid-Amerika en Azië op plantages staan, zijn afkomstig van een paar planten die in het begin van de achttiende eeuw in de Amsterdamse Hortus groeiden.