De structuur van fosfortriësterase, de inspiratiebron (afb: Wiki Commons)

Het moorddadige boevenregime van Assad in Syrië gebruikte in 2013 hoogst-waarschijnlijk het zenuwgas sarin bij zijn aanval op Aleppo, toen geheel in handen van de opstandelingen met IS nog niet in beeld, waarbij honderden doden vielen en vele gewonden. Voor diplomatiek verkeer redelijk snel werd de dictator (“Ik weet van niks.”) door de rest van de wereld gedwongen zijn voorraden zenuwgas in te leveren. Het vernietigen van die strijdgassen was nog een hels karwei en moest om veiligheidsredenen op zee plaatsvinden. Onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern-universiteit schijnen nu een van een op een bacterieel enzym geïnspireerde stof, een metallorganische verbinding, te hebben ontwikkeld, die de zenuwgassen in minuten onklaar maakt.

Zoals gezegd komt de inspiratie van de onderzoekers uit de natuur. Bacteriën maken het enzym fosfortriësterase aan, die bepaalde bestrijdingsmiddelen en en chemisch verwante zenuwgassen razendsnel afbreken. Het probleem is alleen dat die enzymen niet erg ‘stevig’ en gemakkelijk zelf afgebroken worden. De onderzoekers rond Omar Farha en Joseph Hupp hebben vervolgens gezocht naar chemische equivalent van de bacteriële fosfortriësterases, die wel tegen de ‘onvriendelijke’ omstandigheden, zoals hoge temperaturen, is bestand die normaal zijn bij de afbraak van zenuwgassen. Ze begonnen met metallorganische netwerken, in de Engelse afkorting aangeduid met MOF’s. Dat zijn poreuze materialen die bestaan uit een kristallijn netwerk van metaalatomen, dat verbonden is met organische moleculen. Aan MOF’s valt chemisch een hoop te knutselen. Metaalatomen kunnen uitgewisseld worden of de organische verbindingen, om de chemische netwerken af te stemmen op een bepaalde toepassing, zoals het afvangen van waterstof of methaan.  Omdat die verbindingen poreus zijn hebben ze een groot uitwisselingsoppervlak waardoor de katalytische activiteit van de MOF’s enorm is (kan zijn).  In het natuurlijke enzym fosfortriësterase fungeren twee zinkatomen als zogeheten Lewiszuren, die elektronen opnemen en zich zo binden aan de het zenuwgas. Als dat gas eenmaal gebonden is, dan ontleedt de giftige verbinding onder invloed van water (hydrolyse) en wordt daarmee ‘ontmanteld’. Farha c.s. ontwierpen een MOF met een overeenkomstige structuur, maar gebruikten in plaats van zink zirkoon. Dat zirkoon doet ook dienst als elektronenopnemer (=Lewiszuur), maar zorgt tevens voor een uiterst stabiele verbinding. De onderzoekers beproefden de verbinding, die ze NU-1000 doopten, op een pesticide dat lijkt op een zenuwgas, maar minder giftig is. Veel zenuw’gassen’ (het zijn lang niet altijd gassen) zijn ontwikkeld als bestrijdingsmiddelen. De MOF brak het bestrijdingsmiddel in 15 minuten af, een record voor MOF’s en drie keer sneller dan een eerder beproefde verbinding. NU-1000 werd vervolgens naar het Amerikaanse leger gestuurd die de MOF uitprobeerden op het zenuw’gas’ soman (ook GD genoemd), dat giftiger zou zijn dan het verwante sarin. Binnen drie minuten was de helft van dat zenuwgas vernietigd, 80 keer sneller dan eerder beproefde MOF’s. Die betere werking heeft te maken met de grotere poriën in het materiaal, waardoor de wisselwerking tussen MOF en het zenuwgas wordt vergroot, met als gevolg een snellere afbraak. NU-1000 zelf blijft onaangetast, waardoor met relatief kleine hoeveelheden snel zenuwgassen zijn af te breken.
De beproefde MOF zal niet het eindstation zijn van het onderzoek. Het natuurlijke enzym is 1000 tot 100 000 keer sneller zegt Frank Raushel van de Texas A&M-universiteit. “Om MOF’s te kunnen gebruiken, zullen ze beter moeten presteren.” NU-1000 is nu nog te traag om te worden gebruikt in gasmaskers, maar ik denk dat die MO~F’s dan nu toch al heel bruikbaar (kunnen) zijn bij het opruimen van de vele zenuwgasvoorraden die de wereld herbergt. Farha denkt dat betere katalysatoren mogelijk zijn. “We weten nu wat we moeten doen.”

Bron: Science