Künstliche Nase mit natürlichen Zutaten

Freitag, 7. Juli 2006, 21:15 • Rubrik Technik.

Künstliche Nasen könnten einmal zur Suche nach Sprengstoffen und Giften eingesetzt werden oder bei der Diagnose von Krankheiten helfen. Besonders nah am Original ist ein Sensor, den französische Chemikerinnen jetzt im Fachblatt “Lab on a Chip” vorstellen. Ihr System arbeitet mit Duftstoffrezeptoren aus der Nase von Mensch und Ratte – und das ähnlich sensibel und spezifisch wie die natürlichen Vorbilder.

Bei künstlichen Nasen handelt es sich derzeit meist um Metalloxid-Filme, die als Reaktion auf andere Substanzen ihre elektrischen Eigenschaften ändern. Verglichen mit diesen Systemen weise die “bioelektronische Nase” gleich mehrere Vorzüge auf, schreiben Jasmina Minic Vidic und ihre Kolleginnen vom Institut National de la Recherche Agronomique in Jouy-en-Josas. Sie werde nicht durch Wasser bzw. Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt, spreche bereits auf kleinste Probenmengen an und lasse sich bis in den Nanomaßstab miniaturisieren.

Die Riechzellen in der Nase tragen auf ihrer Oberfläche Rezeptorproteine, die jeweils einen bestimmten Duftstoff binden und dies über G-Proteine als Relaisstationen ins Zellinnere melden. Die Forscherinnen schleusten nun die Gene für zwei Duftstoffrezeptoren aus den Nasen von Mensch und Ratte sowie das zugehörige G-Protein in Hefezellen ein. Diese lasen die Gene ab, stellten die Proteine her und bauten sie in ihre Zellmembran ein.

Die Forscherinnen ernten diese Zutaten, indem sie die Zellen mit Ultraschall zum Platzen bringen und die Membranfragmente auf einer mit Ankermolekülen präparierten Goldoberfläche verteilen. Gaben sie nun die passenden Duftstoffe zu dem resultierenden Membranfilm, traten daraufhin tatsächlich die G-Proteine in Aktion.

Die Überwachung des Membranfilms mit Hilfe der Oberflächenplasmonresonanz zeigte, dass sich die großen G-Proteine von den Rezeptoren lösten – so wie sie es auch in einer Riechzellen tun würden. Diese Reaktion setzte nicht ein, wenn der falsche Duftstoff hinzugegeben wurde oder den G-Proteinen einer ihrer Reaktionspartner fehlte, das GTP.

“Ein solches Gerät könnte genutzt werden, um ein Spektrum von Duftstoffen in Echtzeit und mit einer sehr viel höheren Selektivität und Spezifität zu identifizieren und zu überwachen, als dies derzeitige elektronische Systeme erlauben”, schreiben Minic Vidic und ihre Kolleginnen. Bis zur Einsatzreife bleibt allerdings noch reichlich Entwicklungsarbeit zu leisten: Nach jeder Reizung benötigt der Prototyp der bioelektronischen Nase eine Erholungszeit von etwa einer Stunde und ist nach acht Reizungen völlig ausgelaugt.

Forschung: Jasmina Minic Vidic und Edith Pajot-Augy, Unité de Neurobiologie de l’Olfaction et de la Prise Alimentaire, Equipe Récepteurs et Communication Chimique, Institut National de la Recherche Agronomique, Jouy-en-Josas; und andere; Veröffentlichung Lab on Chip, DOI 10.1039/b603189g

WWW:
Homepage der Arbeitsgruppe
Das Riechsystem des Menschen
G Proteins

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