Eine von Glühwürmchen abgeschaute Reaktion könnte zukünftig helfen, giftige Pestizidrückstände nachzuweisen. Forscher entwickelten – basierend auf dem Glühwürmchen-Leuchtstoff Luciferin – ein neues Testverfahren.
Die Verwendung toxischer Organophosphat-Pestizide (OPs) stellt ein globales Problem dar: Neben akuten, oft tödlichen Vergiftungsfällen in der Landwirtschaft, sind vor allem die giftigen Rückstände der Pestizide gefährlich. Die Überreste der OPs können sich langfristig in Nahrungsketten und in Frischwasserreservoirs anreichern und so Krankheiten wie Krebs, Alzheimer und Diabetes auslösen. Dennoch sind übliche Verfahren, um die Rückstände – bspw. mithilfe einer Chromatografie oder Massenspektrometrie – nachweisen zu können, sehr kosten- und zeitaufwändig. Testkits sind häufig unempfindlich und unzuverlässig, was vor allem für arme Länder oder abgelegene Regionen problematisch ist.
Ein Forscherteam aus Thailand und Japan hat nun einen kostengünstigen Test entwickelt, anhand dessen sich OPs ohne Probenvorbereitung direkt in Lebensmitteln und biologischen Proben nachweisen lassen. Ausgangspunkt der Entwicklung war eine neue enzymatische Reaktion zur Herstellung sogenannter Luciferin-Analoga aus phenolischen Verbindungen – die HELP-Reaktion. Luciferin ist das Substrat des Enzyms Luciferase, das Glühwürmchen zum Leuchten bringt. Die durch Luciferase katalysierte Biolumineszenz ist eine wichtige Methode, um Giftstoffe biochemisch nachweisen zu können. Durch die HELP-Methode lassen sich Luciferin-Analoga nun wesentlich einfacher als bisher, ohne spezielle Expertise und ohne toxische Chemikalien herstellen.
Doch wie genau funktioniert die Herstellung dieser Analoga? Luciferin-Analoga erzeugen ein Leuchten in anderen Wellenlängen und ermöglichen eine parallele Detektion verschiedener Zielmoleküle. Dem Team gelang u.a. die Herstellung zweier bisher unbekannter Luciferin-Analoga. Eines erzeugt helleres, langwelligeres Licht als das Original, das Zellen und Gewebe effizienter durchdringt. Das erleichtert die Echtzeit-Bildgebung und hilft, Tierversuche zu reduzieren.
Auch ein neuer Organophosphat-Nachweis basiert auf HELP. Die sogenannte LUMOS -Methode (Luminescence Measurement of Organophosphate and Derivatives) umfasst drei Reaktionsschritte: Zunächst baut ein Enzym aus Bodenbakterien die OPs zu Phenol-Derivaten ab, die im zweiten Schritt durch die HELP-Reaktion in Luciferin-Analoga umgesetzt werden. Im dritten Schritt werden diese für die Erzeugung eines Biolumineszenz-Signals durch Glühwürmchen-Luciferase genutzt. Anhand der Wellenlänge lassen sich dann die verschiedenen OPs unterscheiden. Dem Team gelang es so, bereits fünf besonders toxische OPs, wie beispielsweise Parathion (E605), in Billionstel (ppt)-Konzentrationen ohne Probenvorbereitung direkt in Urin, Blutserum und Früchten nachzuweisen. Die Entwickler hoffen nun auf einen breiten Einsatz von HELP.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung der Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. Hier findet ihr die Originalpublikation.
Bildquelle: Rajesh Rajput, unsplash.