Wetenschappers van Trinity hebben een reeks nieuwe biologische sensoren gemaakt door pigmenten chemisch te herontwikkelen om te werken als kleine Venus-vliegenvallen.

De sensoren zijn in staat om specifieke moleculen te detecteren en te grijpen, zoals verontreinigende stoffen, en zal binnenkort een groot aantal belangrijke milieu-, medische en beveiligingstoepassingen.

Porfyrinen, een unieke klasse van intens gekleurde pigmenten - ook bekend als de "pigmenten van het leven" - vormen de sleutel tot deze baanbrekende innovatie.

Het woord porfyrine is afgeleid van het Griekse woord porphura, wat betekent paars, en het eerste hoofdstuk dat de medisch-chemische geschiedenis van porfyrinen beschrijft, gaat terug tot de dagen van Herodotus (circa 484 tot 425 v.Chr.).

Dit verhaal is sindsdien gevorderd en vormt de kern van het werk van professor Mathias O. Senge aan Trinity.

In levende organismen, porfyrines spelen een belangrijke rol in de stofwisseling, met als meest prominente voorbeelden heem (het rode bloedcelpigment dat verantwoordelijk is voor het transport van zuurstof) en chlorofyl (het groene plantenpigment dat verantwoordelijk is voor het oogsten van licht en het aansturen van fotosynthese).

In de natuur, de actieve versies van deze moleculen bevatten een verscheidenheid aan metalen in hun kern, die aanleiding geeft tot een reeks unieke eigenschappen.

De onderzoekers van Trinity, onder toezicht van professor Mathias O. Senge, Leerstoel Organische Chemie, koos voor een ontwrichtende benadering van het verkennen van de metaalvrije versie van porfyrines. Hun werk heeft een geheel nieuwe reeks moleculaire receptoren gecreëerd.

Door porfyrinemoleculen te dwingen binnenstebuiten te keren, in de vorm van een zadel, ze waren in staat om de voorheen ontoegankelijke kern van het systeem te exploiteren.

Vervolgens, door functionele groepen in de buurt van het actieve centrum te introduceren, konden ze kleine moleculen vangen, zoals farmaceutische of landbouwverontreinigende stoffen, bijvoorbeeld pyrofosfaten en sulfaten - en houd ze vervolgens in de receptorachtige holte.

Porfyrinen zijn kleurintensieve verbindingen, dus wanneer een doelmolecuul wordt gevangen, resulteert dit in een drastische kleurverandering. Dit onderstreept de waarde van porfyrines als biosensoren omdat het duidelijk is wanneer ze hun doelwitten met succes hebben veroverd.

Karolis Norvaiša, een door de Irish Research Council gefinancierde Ph.D. Onderzoeker bij Trinity, en eerste auteur van de studie, zei:"Deze sensoren zijn als Venus-vliegenvallen. Als je de moleculen uit vorm buigt, ze lijken op de openende bladeren van een Flytrap van Venus en, als je naar binnen kijkt, er zijn korte stijve haren die als triggers fungeren. Als iets in wisselwerking staat met deze haren, de twee lobben van de bladeren klikken dicht."

De perifere groepen van het porfyrine houden vervolgens selectief geschikte doelwitmoleculen op hun plaats in de kern, het creëren van een functionele en selectieve bindzak, op precies dezelfde manier als de vingerachtige projecties van Venus-vliegenvallen ongelukkige doelwitinsecten binnen houden.

De ontdekking is onlangs gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .

Het werk benadrukt het begin van een EU-breed H2020 FET-OPEN-project genaamd INITIO, die tot doel heeft verontreinigende stoffen op te sporen en te verwijderen. Het werk werd mogelijk gemaakt door initiële financiering van Science Foundation Ireland en een August-Wilhelm Scheer gasthoogleraarschapsprijs voor professor Senge aan de Technische Universiteit van München.

Professor Senge voegde toe:"Het verkrijgen van inzicht in de interacties van de porfyrinekern is een belangrijke mijlpaal voor kunstmatige op porfyrine gebaseerde enzymachtige katalysatoren. We zullen langzaam maar zeker het punt bereiken waarop we het volledige potentieel van porfyrine-substraatinterfaces kunnen realiseren en benutten om verontreinigende stoffen te verwijderen, de toestand van het milieu bewaken, procesveiligheidsbedreigingen, en medische diagnostiek af te leveren."