Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biosensor für Knoblauch entwickelt

31.10.2002


Knoblauch, Frühlingszwiebeln, Schalotten: Der Knoblauch-Biosensor kann die wertvollen Inhaltsstoffe des Knoblauchs in den verschiedensten Pflanzen aufspüren.

Foto: Forschungszentrum Jülich


Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der Universität Bonn und der Fachhochschule Aachen, Abteilung Jülich, haben erstmals einen Biosensor entwickelt, mit dem sie die wertvollen Inhaltsstoffe, denen auch der Knoblauch seine vielfältigen Wirkungen "verdankt", in ähnlichen Pflanzen aufspüren und ihre Konzentration bestimmen können.


Für den Geruch und die medizinische Wirkung des Knoblauchs machen die Wissenschaftler bestimmte schwefelhaltige Substanzen verantwortlich, die in der Pflanze aus so genannten Cysteinsulfoxiden gebildet werden. Doch die 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 Dr. Michael Keusgen von der Universität Bonn. "Das liegt daran, dass bisher ausschließlich chemische Analysemethoden zur Verfügung stehen und die sind sehr aufwändig." Gemeinsam mit Prof. Michael Schöning vom Forschungszentrum Jülich / Fachhochschule Aachen hat er daher den ersten Biosensor für Knoblauch entwickelt. "So können wir im Inventar der Natur unkompliziert und schnell nach Pflanzen suchen, die, wie Knoblauch, große Mengen Cysteinsulfoxid enthalten", erklärt Keusgen. "Denn das könnten einmal sehr vielseitige Nutz- und Arzneipflanzen werden, deren Wirkungsspektrum beispielsweise über das von Knoblauch hinausgeht."

Ein Biosensor ist ein Messfühler, der eine biologische Komponente, etwa Enzyme oder ganze Zellen, nutzt, um bestimmte Moleküle oder Substanzen zu erkennen und ihre Menge zu bestimmen. Biosensoren können beispielsweise den Zuckergehalt im Blut messen - und neuerdings auch den Gehalt an Cysteinsulfoxiden in Pflanzen. Beim Knoblauchsensor nutzen die Wissenschaftler ein Enzym - einen Biokatalysator -, um die begehrten Cysteinsulfoxide aufzuspüren. "Doch ein ’echter’ Biosensor muss eine weitere Randbedingung erfüllen", erklärt Michal Schöning, "er muss miniaturisierbar sein." Dieses Kriterium haben die Wissenschaftler erfüllt, indem sie das ’Knoblauch-Erkennungs-Enzym’, die Alliinase, mit biochemischen Methoden auf der Oberfläche eines speziellen Silizium-Mikrochips fixieren. Dieser besteht aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Funktionen, aus denen sich die Bezeichnung "EIS-Struktur" ableitet: "E" steht für "Elektrolyt", "I" für "Isolator" und "S" für "semiconductor", das englische Wort für Halbleiter. Die Jülicher Wissenschaftler sind Spezialisten für solche EIS-Schichtstrukturen, die sie mit Methoden der klassischen Silizium-Technologie fertigen.


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", verrät Schöning. "Der Ammoniak verändert den pH-Wert der Lösung. Dadurch wiederum ändert sich die elektrische Kapazität der EIS-Schichtstruktur, auf der das Enzym fixiert ist. Wenn wir diese Kapazitätsänderung messen, wissen wir wie viel Ammoniak entstanden ist und damit wie viel Cysteinsulfoxid in der Probe enthalten war."

Bei ihren Messungen haben die Jülicher und Bonner Wissenschaftler festgestellt, dass ihr Knoblauch-Biosensor ausreichend empfindlich ist, um Pflanzenproben zu untersuchen. Doch auf dem Arzneipflanzensektor ist ein solcher Biosensor ein Neuling, denn "der Arzneimittelbereich ist biosensorisches Brachland", wie Keusgen es ausdrückt. Hier sieht er deshalb eine wichtige mögliche Anwendung. "Außerdem könnte der Biosensor in der Qualitätskontrolle in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, beispielsweise als einfacher Test für Knoblauchpräparate, wertvolle Dienste leisten." Michael Schöning zählt gleich mehrere Vorteile des Biosensors auf: "Zum einen könnte man kostengünstig große Stückzahlen fertigen. Zum anderen wäre der Biosensor sehr robust und auch für Vor-Ort-Messungen geeignet." Die beiden Wissenschaftler glauben, dass der Knoblauch-Biosensor in etwa drei Jahren anwendungsreif ist und sind durchaus daran interessiert, gemeinsam mit einem Industriepartner einen entsprechenden Prototypen zu entwickeln.

In Ägypten galt er als heilige Pflanze. In Griechenland sagte man, er verleihe Kraft. Im Mittelalter wurde er gar als Mittel gegen die Pest gehandelt. Bis heute ist der Knoblauch ein weit verbreitetes Gewürz und pflanzliches Heilmittel. Beispielsweise senkt er den Cholesterinspiegel und wird zu Vorbeugung altersbedingter Gefäßerkrankungen eingesetzt.

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/aktuelles/pressemitteilungen.html

Weitere Berichte zu: Ammoniak Biosensor Cysteinsulfoxid Enzym

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Polymere aus Bor produzieren
18.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Modularer Genverstärker fördert Leukämien und steuert Wirksamkeit von Chemotherapie
18.01.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten