De nombreux processus industriels et agricoles utilisent des produits chimiques qui peuvent être nocifs pour les travailleurs et les écosystèmes où ils s'accumulent. Des chercheurs thaïlandais ont maintenant développé une méthode bioinspirée pour détecter et détoxifier ces produits chimiques en une seule étape. Comme ils le rapportent dans le journal Angewandte Chemie , une combinaison de deux réactions enzymatiques naturelles convertit les chloro- et nitrophénols nocifs en la substance qui provoque l'éclat caractéristique des lucioles :la luciférine.

Les molécules oxygénées de benzène ou de phénol font partie de la structure chimique de nombreuses substances organiques, de la lignine et du goudron, aux produits pharmaceutiques, colorants, et herbicides. Des composés dérivés du phénol sont ajoutés aux plastiques en tant que plastifiants. Bien que bon nombre de ces produits chimiques ne soient pas nocifs en tant que tels, pesticides, désherbants, ou les retardateurs de flamme peuvent se dégrader en nitrophénols cancéreux et stables et en phénols halogénés qui s'accumulent sur le lieu de travail ou dans les champs.

Les composés phénoliques sont généralement détectés avec des techniques telles que la spectrométrie de masse. Le biochimiste Pimchai Chaiyen à l'Institut des sciences et technologies Vidyasirimedhi, Thaïlande, et collègues, ont maintenant développé une approche plus pratique. Ils ont combiné une méthode de biodétoxification établie avec des schémas de conversion chimique et biochimique pour détecter et éliminer les contaminants en une seule étape. Le produit clé est largement observé les nuits d'été dans les jardins et à la campagne :la luciférine, le composé bioluminescent produit par les lucioles.

La nature a développé plusieurs mécanismes pour dégrader et détoxifier les produits chimiques. Les bactéries utilisent des enzymes spécialisées pour déshalogéner les phénols et les convertir en composés oxydés appelés benzoquinones, qui peut être métabolisé par les organismes. Des enzymes appelées déshalogénases ou mono-oxygénases ont ainsi été utilisées dans l'industrie pour la détoxification biologique.

Chaiyen et ses collègues sont allés plus loin que la détoxification pure et ont couplé le processus enzymatique à une méthode pour convertir le produit de la benzoquinone en luciférine. « La cascade chimioenzymatique développée offre une valeur ajoutée :elle apporte une technologie de biodétection des nitrophénols et des phénols halogénés, " ils prétendent. La cascade chimioenzymatique implique la conversion du produit de la première étape de conversion enzymatique, benzoquinone, en luciférine dans un deuxième temps, mais dans le même réacteur.

Pour obtenir la conversion de la benzoquinone en luciférine, les auteurs ont ajouté le composé naturel cysteine ​​au mélange réactionnel. Ils ont ensuite inclus une troisième étape dans la séquence de réaction et détecté le produit luciférine grâce à la réaction incandescente provoquée par une enzyme appelée luciférase, qui est également présent dans les lucioles. Les auteurs ont également prouvé que leur schéma de détoxification-production et détection de luciférine était robuste et capable de convertir quantitativement des phénols dangereux en luciférine.

La désintoxication simultanée et la production de luciférine peuvent offrir des avantages supplémentaires. La luciférine est un composé très apprécié en biomédecine. Les auteurs soulignent que leur approche est une stratégie remarquablement simple et utile pour l'analyse et la désintoxication du lieu de travail en une seule étape, et il peut être utilisé pour synthétiser la luciférine à partir de déchets chimiques.