Många industri- och jordbruksprocesser använder kemikalier som kan vara skadliga för arbetare och ekosystemen där de samlas. Forskare från Thailand har nu utvecklat en bioinspirerad metod för att upptäcka och avgifta dessa kemikalier i bara ett steg. Som de rapporterar i tidningen Angewandte Chemie , en kombination av två naturliga enzymatiska reaktioner omvandlar skadliga klor- och nitrofenoler till ämnet som orsakar den karakteristiska glödningen av eldflugor:luciferin.

Oxygenerade bensen- eller fenolmolekyler är en del av den kemiska strukturen hos många organiska ämnen, från lignin och tjära, till läkemedel, färgämnen, och herbicider. Fenol-härledda föreningar tillsätts till plast som mjukgörare. Även om många av dessa kemikalier inte är skadliga som sådana, bekämpningsmedel, herbicider, eller flamskyddsmedel kan brytas ned till cancerframkallande och stabila nitrofenoler och halogenerade fenoler som ackumuleras på arbetsplatsen eller på fält.

Fenoliska föreningar detekteras vanligtvis med tekniker som masspektrometri. Biokemisten Pimchai Chaiyen vid Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology, Thailand, och kollegor, har nu utvecklat ett mer praktiskt tillvägagångssätt. De kombinerade en etablerad biodetoxifieringsmetod med kemiska och biokemiska omvandlingsscheman för att upptäcka och ta bort föroreningar i ett steg. Nyckelprodukten bevittnas allmänt på sommarnätter i trädgårdar och på landsbygden:luciferin - den självlysande föreningen som produceras av eldflugor.

Naturen har utvecklat flera mekanismer för att bryta ner och avgifta kemikalier. Bakterier använder specialiserade enzymer för att dehalogenera fenoler och omvandla dem till oxiderade föreningar som kallas bensokinoner, som kan metaboliseras av organismer. Enzymer som kallas dehalogenaser eller mono-oxygenaser har således använts inom industrin för biologisk avgiftning.

Chaiyen och kollegor gick längre än ren avgiftning och kopplade den enzymatiska processen till en metod för att omvandla bensokinonprodukten till luciferin. "Den utvecklade kemoenzymatiska kaskaden erbjuder ytterligare värde:den tillhandahåller biodetekteringsteknik för nitrofenoler och halogenerade fenoler, "hävdar de. Den kemoenzymatiska kaskaden innebär omvandling av produkten från det första enzymatiska omvandlingssteget, bensokinon, i luciferin i ett andra steg, men inom samma reaktionskärl.

För att uppnå omvandling av bensokinon till luciferin, författarna tillsatte den naturliga föreningen cystein till reaktionsblandningen. De inkluderade sedan ett tredje steg i reaktionssekvensen och detekterade luciferinprodukten genom den glödande reaktionen orsakad av ett enzym som kallas luciferas, som också finns i eldflugor. Författarna bevisade också att deras avgiftning - luciferinproduktion och detekteringsschema var robust och kunde kvantitativt omvandla farliga fenoler till luciferin.

Samtidig avgiftning och luciferinproduktion kan erbjuda ytterligare fördelar. Luciferin är en högt värderad förening inom biomedicin. Författarna påpekar att deras tillvägagångssätt är en anmärkningsvärt enkel och användbar strategi för analys och avgiftning av arbetsplatsen i ett steg, och den kan användas för att syntetisera luciferin från avfallskemikalier.