En smart kemoenzymatisk metode detekterer og fjerner farlige phenoler

Mange industri- og landbrugsprocesser bruger kemikalier, der kan være skadelige for arbejdere og de økosystemer, hvor de ophobes. Forskere fra Thailand har nu udviklet en bioinspireret metode til at opdage og afgifte disse kemikalier i kun ét trin. Som de beretter i journalen Angewandte Chemie , en kombination af to naturlige enzymatiske reaktioner omdanner skadelige chlor- og nitrophenoler til det stof, der forårsager ildfluernes karakteristiske glød:luciferin.

Oxygeneret benzen eller phenolmolekyler er en del af den kemiske struktur af mange organiske stoffer, fra lignin og tjære, til lægemidler, farvestoffer, og herbicider. Phenol-afledte forbindelser tilsættes plast som blødgørere. Selvom mange af disse kemikalier ikke er skadelige som sådan, pesticider, herbicider, eller flammehæmmere kan nedbrydes til kræftfremkaldende og stabile nitrophenoler og halogenerede phenoler, der ophobes på arbejdspladsen eller i markerne.

Fenolforbindelser påvises normalt med teknikker som massespektrometri. Biokemiker Pimchai Chaiyen ved Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology, Thailand, og kolleger, har nu udviklet en mere praktisk tilgang. De kombinerede en etableret biodetoksificeringsmetode med kemiske og biokemiske konverteringsordninger for at opdage og fjerne forurenende stoffer i ét trin. Nøgleproduktet ses bredt på sommernætter i haver og på landet:luciferin - den selvlysende forbindelse produceret af ildfluer.

Naturen har udviklet flere mekanismer til at nedbryde og afgifte kemikalier. Bakterier bruger specialiserede enzymer til at dehalogenere phenoler og omdanne dem til oxiderede forbindelser kaldet benzoquinoner, som kan omsættes af organismer. Enzymer kaldet dehalogenaser eller mono-oxygenaser er således blevet brugt i industrien til biologisk afgiftning.

Chaiyen og kolleger gik længere end ren afgiftning og koblede den enzymatiske proces med en metode til at omdanne benzoquinon-produktet til luciferin. "Den udviklede kemoenzymatiske kaskade giver ekstra værdi:den giver biodetektionsteknologi for nitrophenoler og halogenerede phenoler, " hævder de. Den kemoenzymatiske kaskade indebærer omdannelse af produktet fra det første enzymatiske omdannelsestrin, benzoquinon, ind i luciferin i et andet trin, men i samme reaktionsbeholder.

For at opnå omdannelse af benzoquinon til luciferin, forfatterne tilføjede den naturlige forbindelse cystein til reaktionsblandingen. De inkluderede derefter et tredje trin i reaktionssekvensen og detekterede luciferinproduktet gennem den glødende reaktion forårsaget af et enzym kaldet luciferase, som også er til stede i ildfluer. Forfatterne beviste også, at deres afgiftning-luciferinproduktion og detektionsskema var robust og i stand til kvantitativ omdannelse af farlige phenoler til luciferin.

Samtidig afgiftning og luciferinproduktion kan give yderligere fordele. Luciferin er et højt værdsat stof i biomedicin. Forfatterne påpeger, at deres tilgang er en bemærkelsesværdig ligetil og nyttig strategi til analyse og afgiftning af arbejdspladsen i ét trin, og det kan bruges til at syntetisere luciferin fra affaldskemikalier.