Forskare från Trinity har skapat en serie nya biologiska sensorer genom att kemiskt omarbeta pigment för att fungera som små Venus flugfällor.

Sensorerna kan upptäcka och ta tag i specifika molekyler, såsom föroreningar, och kommer snart att ha en mängd viktiga miljö-, medicinska och säkerhetsapplikationer.

Porfyriner, en unik klass av intensivt färgade pigment – ​​även känd som "livets pigment" – ger nyckeln till denna banbrytande innovation.

Ordet porfyrin kommer från det grekiska ordet porphura, betyder lila, och det första kapitlet som beskriver porfyrinernas medicinsk-kemiska historia går tillbaka till Herodotos dagar (cirka 484 till 425 f.Kr.).

Denna berättelse har gått framåt sedan dess och är kärnan i professor Mathias O. Senges arbete på Trinity.

I levande organismer, porfyriner spelar en viktig roll i ämnesomsättningen, med de mest framträdande exemplen är hem (det röda blodkroppspigmentet som ansvarar för transport av syre) och klorofyll (det gröna växtpigmentet som ansvarar för att skörda ljus och driva fotosyntesen).

I naturen, de aktiva versionerna av dessa molekyler innehåller en mängd olika metaller i kärnan, vilket ger upphov till en uppsättning unika egenskaper.

Forskarna vid Trinity, under ledning av professor Mathias O. Senge, ordförande för organisk kemi, valde ett störande tillvägagångssätt för att utforska den metallfria versionen av porfyriner. Deras arbete har skapat ett helt nytt utbud av molekylära receptorer.

Genom att tvinga porfyrinmolekyler att vända ut och in, i form av en sadel, de kunde utnyttja den tidigare otillgängliga kärnan i systemet.

Sedan, genom att introducera funktionella grupper nära det aktiva centret kunde de fånga upp små molekyler - såsom läkemedels- eller jordbruksföroreningar, till exempel pyrofosfater och sulfater — och sedan hålla dem i den receptorliknande håligheten.

Porfyriner är färgintensiva föreningar så när en målmolekyl fångas upp resulterar detta i att färgen förändras drastiskt. Detta understryker värdet av porfyriner som biosensorer eftersom det är tydligt när de framgångsrikt har fångat sina mål.

Karolis Norvaiša, en Ph.D. finansierad av det irländska forskningsrådet. Forskare vid Trinity, och första författare till studien, sa:"Dessa sensorer är som Venus flugfällor. Om du böjer molekylerna ur form, de liknar öppningsbladen på en Venus flugfälla och, om du tittar inuti, det finns korta stela hårstrån som fungerar som triggers. När något interagerar med dessa hårstrån, de två loberna på löven knäpper igen."

De perifera grupperna av porfyrinet håller sedan selektivt lämpliga målmolekyler på plats i dess kärna, skapa en funktionell och selektiv bindningsficka, på exakt samma sätt som de fingerliknande projektionerna av Venus flugfällor håller olyckliga målinsekter inne.

Upptäckten publicerades nyligen i Angewandte Chemie International Edition .

Arbetet belyser början på ett EU-omfattande H2020 FET-OPEN-projekt kallat INITIO, som syftar till att upptäcka och ta bort föroreningar. Arbetet möjliggjordes av initial finansiering från Science Foundation Ireland och en August-Wilhelm Scheer gästprofessur för professor Senge vid Münchens tekniska universitet.

Professor Senge tillade:"Att få en förståelse för porfyrinkärnans interaktioner är en viktig milstolpe för artificiella porfyrinbaserade enzymliknande katalysatorer. Vi kommer sakta men säkert att komma till den punkt där vi kan realisera och utnyttja den fulla potentialen av porfyrin-substratgränssnitt att ta bort föroreningar, övervaka miljöns tillstånd, bearbeta säkerhetshot, och leverera medicinsk diagnostik."