Veel industriële en landbouwprocessen gebruiken chemicaliën die schadelijk kunnen zijn voor werknemers en de ecosystemen waarin ze zich ophopen. Onderzoekers uit Thailand hebben nu een bio-geïnspireerde methode ontwikkeld om deze chemicaliën in slechts één stap te detecteren en te ontgiften. Zoals ze rapporteren in het journaal Angewandte Chemie , een combinatie van twee natuurlijke enzymatische reacties zetten schadelijke chloor- en nitrofenolen om in de stof die de karakteristieke gloed van vuurvliegjes veroorzaakt:luciferine.

Zuurstofhoudende benzeen- of fenolmoleculen maken deel uit van de chemische structuur van veel organische stoffen, van lignine en teer, naar geneesmiddelen, kleurstoffen, en herbiciden. Van fenol afgeleide verbindingen worden als weekmakers aan kunststoffen toegevoegd. Hoewel veel van deze chemicaliën als zodanig niet schadelijk zijn, pesticiden, herbiciden, of vlamvertragers kunnen worden afgebroken tot kankerverwekkende en stabiele nitrofenolen en gehalogeneerde fenolen die zich ophopen op de werkplek of in het veld.

Fenolverbindingen worden meestal gedetecteerd met technieken zoals massaspectrometrie. Biochemicus Pimchai Chaiyen van het Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology, Thailand, en collega's, hebben nu een meer praktische aanpak ontwikkeld. Ze combineerden een gevestigde biodetoxificatiemethode met chemische en biochemische conversieschema's om verontreinigingen in één stap te detecteren en te verwijderen. Het belangrijkste product wordt veel gezien op zomeravonden in tuinen en op het platteland:luciferine - de bioluminescente verbinding die wordt geproduceerd door vuurvliegjes.

De natuur heeft verschillende mechanismen ontwikkeld om chemicaliën af te breken en te ontgiften. Bacteriën gebruiken gespecialiseerde enzymen om fenolen te dehalogeneren en om te zetten in geoxideerde verbindingen die benzochinonen worden genoemd. die door organismen kunnen worden gemetaboliseerd. Enzymen die dehalogenasen of mono-oxygenasen worden genoemd, zijn dus in de industrie gebruikt voor biologische ontgifting.

Chaiyen en collega's gingen verder dan pure ontgifting en koppelden het enzymatische proces aan een methode om het benzoquinonproduct om te zetten in luciferine. "De ontwikkelde chemo-enzymatische cascade biedt extra waarde:het biedt biodetectietechnologie voor nitrofenolen en gehalogeneerde fenolen, " beweren ze. De chemo-enzymatische cascade omvat de conversie van het product uit de eerste enzymatische conversiestap, benzochinon, in luciferine in een tweede stap, maar binnen hetzelfde reactievat.

Om de omzetting van benzoquinon in luciferine te bereiken, de auteurs voegden de natuurlijke verbinding cysteïne toe aan het reactiemengsel. Ze namen vervolgens een derde stap in de reactiereeks op en detecteerden het luciferineproduct door de gloeiende reactie veroorzaakt door een enzym genaamd luciferase, die ook aanwezig is in vuurvliegjes. De auteurs bewezen ook dat hun ontgifting-luciferineproductie- en detectieschema robuust was en in staat was tot kwantitatieve omzetting van gevaarlijke fenolen in luciferine.

Gelijktijdige ontgifting en luciferineproductie kunnen extra voordelen bieden. Luciferine is een zeer gewaardeerde verbinding in de biogeneeskunde. De auteurs wijzen erop dat hun aanpak een opmerkelijk rechttoe rechtaan en nuttige strategie is voor analyse en ontgifting van de werkplek in één stap, en het kan worden gebruikt om luciferine te synthetiseren uit afvalchemicaliën.