Phenole werden zu Glühwürmchen-Leuchtstoff

Tailändische Forscher haben ein neues Analyse- und Entgiftungsverfahren für phenolische Gefahrstoffe entwickelt. Das biobasierte Verfahren weist phenolische Schadstoffe nach und entfernt sie gleichzeitig aus der Umgebung.

Glühwürmchen sind ein Indikator für saubere Luft. Die chemische Reaktion kann zur Schadstoffdetektion dienen.

Foto: panthermedia.net/cappa

In der Industrie und Landwirtschaft werden viele Chemikalien eingesetzt, die Mensch und Umwelt gefährden können, wenn sich davon schädliche Abbauprodukte anreichern. Thailändische Forscher haben nun eine biochemische Methode entwickelt, um phenolische Schadstoffe in nur einem Schritt nachzuweisen und unschädlich zu machen. Dabei wandeln sich Chlor- und Nitrophenole in enzymkatalysierten Reaktionen vollständig in den Glühwürmchen-Leuchtstoff Luciferin um.

Angereicherte Phenole am Arbeitsplatz

Phenol oder oxidiertes Benzol kommen als Teil der chemischen Struktur in fast jeder organischen Substanz vor – von Lignin und Teer bis hin zu Pharmazeutika, Farbstoffen und Herbiziden. Die meisten phenolhaltigen Chemikalien sind an sich nicht gefährlich. Einige Pestizide oder Herbizide können aber zu krebserregenden Nitrophenolen und halogenierten Phenolen abgebaut werden, die sich dann auf dem Feld oder auch am Arbeitsplatz anreichern.

Biochemische Entgiftung aus der Natur

Um Chemikalien unschädlich zu machen, kennt die Natur viele Möglichkeiten. Bakterien wandeln zum Beispiel mit speziellen Enzymen halogenierte Phenole in Benzochinone um, die dann normal verstoffwechselt werden können. Diese Enzyme nutzt die Industrie bereits für eine sanfte, biochemische Entgiftung von phenolischen Schadstoffen. Für den Nachweis und die Analyse phenolhaltiger Verbindungen gibt es jedoch nur aufwendige Technologien wie die Massenspektrometrie.

Wie funktioniert die Umwandlung zu Glühwürmchen-Leuchtstoff?

Das Institute of Science and Technology in Thailand hat nun ein einfaches, simultanes Verfahren entwickelt. Auf Grundlage der etablierten biochemischen Entgiftungsmethode erfolgt eine Reaktionsfolge für halogenierte Phenole und Nitrophenole: Das zuerst entstandene Benzochinon wird anschließend direkt zum Glühwürmchen-Leuchtstoff Luciferin umgewandelt. Hierfür benötigt die Reaktionsmischung die natürliche Substanz Cystein. In einem dritten Schritt wird das Luciferin durch eine Leuchtreaktion – durch das Glühwürmchen-Enzym Luciferase – nachgewiesen. Die kombinierte Entgiftungs-Nachweismethode für potenziell schädliche Phenole durch Luciferinherstellung erwies sich in den Untersuchungen als robust. Auch aus unübersichtlichen Probenmischungen konnten die Wissenschaftler die phenolischen Schadstoffe vollständig entfernen. Noch einen weiteren Nutzen hat die biobasierte Technologie: Der Leuchtstoff Luciferin wird auch pharmazeutisch vielfach genutzt. Also ist es nicht nur möglich, gleichzeitig phenolische Schadstoffe nachzuweisen und sie zu entfernen, sondern auch wertvolles Luciferin herzustellen – aus Abfall.