Biosensor für Knoblauchwirkstoffe

31. Oktober 2002, 20:46
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Messfühler spürt Cysteinsulfoxide in ähnlichen Pflanzen auf

Jülich - Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich , der Universität Bonn und der Fachhochschule Aachen haben erstmals einen Biosensor für Knoblauch entwickelt. Mit dem Sensor können die wertvollen Inhaltsstoffe, denen der Knoblauch seine vielfältige Wirkung "verdankt", in ähnlichen Pflanzen aufgespürt und ihre Konzentration bestimmt werden.

Geruch und die medizinische Wirkung

Für den Geruch und die medizinische Wirkung des Knoblauchs machen Wissenschaftler bestimmte schwefelhaltige Substanzen verantwortlich, die in der Pflanze aus so genannten Cysteinsulfoxiden gebildet werden. Diese gibt es nicht nur im Knoblauch selbst, sondern sie werden auch in vielen weiteren Arten der Lauchfamilie vermutet. "Von den 800 verschiedenen Lauchgewächsen ist bisher nur etwa ein Dutzend auf Cysteinsulfoxide untersucht worden", erklärt Michael Keusgen von der Universität Bonn. "Das liegt daran, dass bisher ausschließlich chemische Analysemethoden zur Verfügung stehen und die sind sehr aufwändig." Mit dem Biosensor soll nun im "Inventar der Natur" unkompliziert und schnell nach Pflanzen gesucht werden, die, wie Knoblauch, große Mengen Cysteinsulfoxid enthalten.

Biologische Komponente

Der Messfühler nutzt eine biologische Komponente, etwa Enzyme oder ganze Zellen, um bestimmte Moleküle oder Substanzen zu erkennen und ihre Menge zu bestimmen. Beim Knoblauchsensor nutzen die Wissenschaftler ein Enzym - einen Biokatalysator -, um die begehrten Cysteinsulfoxide aufzuspüren. Da ein "echter" Biosensor miniaturisierbar sein muss, haben die Wissenschaftler das "Knoblauch-Erkennungs-Enzym"Alliinase mit biochemischen Methoden auf der Oberfläche eines speziellen Silizium-Mikrochips fixiert.

Das Enzym auf der Oberfläche des Chips, der bis auf einige Quadratmillimeter "schrumpfen" kann, steht in Kontakt mit der zu untersuchenden Lösung: Enthält diese Cysteinsulfoxide, setzt die Alliinase sie in einer chemischen Reaktion zu denjenigen Stoffen um, die für den typischen Geruch und für die medizinische Wirkung des Knoblauchs verantwortlich sind. Daneben entsteht Ammoniak, der den pH-Wert der Lösung verändert. Dadurch wiederum ändert sich die elektrische Kapazität der Silizium-Mikrochips-Schichtstruktur, auf der das Enzym fixiert ist. Durch die Messung der Kapazitätsänderung erhalten die Forscher Auskunft darüber, wie viel Ammoniak entstanden ist und damit wie viel Cysteinsulfoxid in der Probe enthalten war.

Pflanzenproben

Laut Forschern ist der Knoblauch-Biosensor ausreichend empfindlich, um Pflanzenproben zu untersuchen. Keusgen sieht eine wichtige Anwendung derartiger Biosensoren im Arzneipflanzensektor sowie in der Qualitätskontrolle in der Pharma- und Lebensmittelindustrie – hier als einfacher Test für Knoblauchpräparte. Der Knoblauch-Sensor soll in rund drei Jahren anwendungreif sein. Für die Entwicklung eines Prototypen suchen die Wissenschaftler nach Industriepartnern. (pte)

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