Ernährungsumschau

Biosensor für Knoblauch entwickelt

  • 18.11.2002
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  • Redaktion

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. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, Universität Bonn, und der Fachhochschule Aachen, haben erstmals einen Biosensor entwickelt, mit dem sie die Inhaltsstoffe, denen 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.

Bisher standen allerdings nur sehr aufwändige Analysenmethoden zur Verfügung, so dass nur wenige Lauchgewächse auf Cyteinsulfoxide untersucht worden sind. Mit dem von den Jülicher Forschern entwickelten Biosensor kann jetzt schnell und unkompliziert nach Pflanzen gesucht werden, die große Mengen der schwefelhaltigen Substanzen enthalten.

Wie funktioniert der Biosensor?
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 (Alliinase), um die schwefelhaltigen Substanzen aufzuspüren.

Zusätzlich ist es den Wissenschaftlern gelungen, das das Knoblauch-Erkennungs-Enzym mit biochemischen Methoden auf der Oberfläche eines speziellen Silizium-Mikrochips zu fixieren. Dieser besteht aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Funktionen, aus denen sich die EIS-Struktur ableitet: "E" steht für "Elektrolyt", "I" für "Isolator" und "S" für "semiconductor", das englische Wort für Halbleiter.

Das Enzym auf der Oberfläche des Chips taucht in die zu untersuchenden Lösung: Enthält diese Cysteinsulfoxide, wandelt die Alliinase sie in die für Knoblauch typischen Geruchsstoffen und Ammoniak um. Der Ammoniak verändert den pH-Wert der Lösung. Dadurch wiederum ändert sich die elektrische Kapazität der EIS-Schichtstruktur, auf der das Enzym fixiert ist. Die Kapazitätsänderungen lassen sich messen. Auf diese Weise können die Forscher ermitteln wie viel Ammoniak entstanden ist und damit wie viel Cysteinsulfoxid in der Probe enthalten war. 18.11.02

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