Symbolbild

Symbolbild

Pflanzenstress wird zum Schnelltest für gefährliche Chemikalien

Publiziert

Kostengünstige Methode weist synthetische Cannabinoide und verbotene Pestizide nach.

Wissenschaftler haben Proteine verändert, die an der natürlichen Reaktion von Pflanzen auf Stress beteiligt sind, und sie zur Grundlage innovativer Tests für mehrere Chemikalien gemacht, darunter verbotene Pestizide und tödliche synthetische Cannabinoide.

Bei Trockenheit produzieren Pflanzen ABA, ein Hormon, das ihnen hilft, Wasser zu speichern. Zusätzliche Proteine, so genannte Rezeptoren, helfen der Pflanze, ABA zu erkennen und darauf zu reagieren. Die Forscher der UC Riverside konnten zeigen, dass diese ABA-Rezeptoren leicht so verändert werden können, dass sie schnell die Anwesenheit von fast 20 verschiedenen Chemikalien signalisieren.

Die Arbeit des Forscherteams bei der Umwandlung dieser pflanzlichen Moleküle wird in einem neuen Artikel der Zeitschrift Nature Biotechnology beschrieben.

Forscher müssen häufig alle Arten von Molekülen nachweisen, auch solche, die Menschen oder der Umwelt schaden. Zwar gibt es entsprechende Methoden, doch sind sie oft kostspielig und erfordern komplizierte Geräte.

"Es wäre ein grosser Fortschritt, wenn wir einen Schnelltest entwickeln könnten, mit dem wir feststellen können, ob eine gefährliche Chemikalie wie ein synthetisches Cannabinoid vorhanden ist. Diese neue Arbeit gibt anderen einen Fahrplan dafür", sagte Sean Cutler, ein UCR-Professor für Pflanzenzellbiologie und Mitautor der Arbeit.

Das Problem mit synthetischen Cannabinoiden ist etwas, das Cutler als "regulatorisches Wischiwaschi" bezeichnet. Weil sie Menschen ins Krankenhaus bringen, haben die Behörden versucht, sie in diesem Land zu verbieten. Allerdings tauchen jedes Jahr Dutzende neuer Versionen auf, bevor sie kontrolliert werden können.

"Unser System könnte so konfiguriert werden, dass es im Labor hergestellte Cannabinoid-Varianten so schnell erkennt, wie sie auf dem Markt erscheinen", sagte Cutler.

Das Forschungsteam hat auch gezeigt, dass sein Testsystem das Vorhandensein von Organophosphaten anzeigen kann, zu denen viele verbotene Pestizide gehören, die giftig und für den Menschen potenziell tödlich sind. Nicht alle Organophosphat-Pestizide sind verboten, aber wenn man in der Lage ist, die verbotenen Pestizide schnell aufzuspüren, könnten die Behörden die Wasserqualität überwachen, ohne teure Tests in Labors durchführen zu müssen.

Für dieses Projekt demonstrierten die Forscher das System in im Labor gezüchteten Hefezellen. In Zukunft möchte das Team die modifizierten Moleküle wieder in Pflanzen einsetzen, die als biologische Sensoren dienen könnten. In diesem Fall könnte eine Chemikalie in der Umgebung bewirken, dass Blätter bestimmte Farben annehmen oder ihre Temperatur verändern.

Obwohl sich die Arbeit auf Cannabinoide und Pestizide konzentriert, besteht der entscheidende Durchbruch in der Möglichkeit, mit einem einfachen und kostengünstigen System schnell Diagnosen für Chemikalien zu entwickeln. "Wenn wir dies auf viele andere chemische Klassen ausweiten können, ist dies ein grosser Schritt nach vorn, da die Entwicklung neuer Tests ein langsamer Prozess sein kann", sagte Ian Wheeldon, Mitautor der Studie und Chemieingenieur der UCR.

Diese Forschung wurde im Rahmen eines Vertrags mit dem Donald Danforth Plant Science Center zur Unterstützung des APT-Programms (Advanced Plant Technologies) der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) durchgeführt. Zu dem Team gehörten Wissenschaftler des Medical College of Wisconsin, der Michigan State University und des Donald Danforth Plant Science Center in St. Louis. Diese Arbeit wurde von dem Chemie- und Bioingenieur Timothy Whitehead von der University of Colorado, Boulder, unterstützt.

Bei der Entwicklung dieses Systems machten sich die Forscher die Fähigkeit des Pflanzenstresshormons ABA zunutze, Rezeptormoleküle ein- und auszuschalten. Im eingeschalteten Zustand binden sich die Rezeptoren an ein anderes Protein und bilden einen engen Komplex, der sichtbare Reaktionen wie das Leuchten auslösen kann. Whitehead, der an der Arbeit mitgewirkt hat, nutzte modernste Berechnungswerkzeuge, um die Rezeptoren neu zu entwerfen, was für den Erfolg der Arbeit der Gruppe entscheidend war.

"Wir nehmen ein Enzym, das im richtigen Kontext leuchten kann, und teilen es in zwei Teile auf. Ein Teil auf dem Schalter und der andere auf dem Protein, an das es bindet", so Cutler. "Dieser Trick, zwei Dinge in Gegenwart einer dritten Chemikalie zusammenzubringen, ist nicht neu. Unser Fortschritt besteht darin, dass wir den Prozess so umprogrammieren können, dass er mit vielen verschiedenen dritten Chemikalien funktioniert.

Literatur

Beltrán, J., Steiner, P.J., Bedewitz, M. et al. Rapid biosensor development using plant hormone receptors as reprogrammable scaffolds. Nat Biotechnol (2022)

EVENTS

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 08. März 2024

Ort: Wädenswil (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 19.-21. März 2024

Ort: Stuttgart (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 20.-21. März 2024

Ort: Berlin (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Moutier (CH)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 22.-26. April 2024

Ort: Hannover (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25. - 28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis