Neues Analyseverfahren zur Identifikation von Inhaltsstoffen

Die Nadel im chemischen Heuhaufen finden

Angenommen, Sie stehen auf einem Platz in einer großen Menschenmenge. Ihre Aufgabe: Finden Sie eine ganz bestimmte Person! Sie wissen jedoch lediglich, dass sie einen bestimmten Dialekt spricht. Vor einem vergleichbaren Problem stehen Chemiker, wenn sie in einem Naturstoffextrakt nach pharmakologisch interessanten Wirkstoffen suchen. Im Gemisch mehrerer hundert Substanzen müssen sie die eine finden, von der eine Wirkung angenommen wird. Klassisch gehen Forscher dabei so vor, dass sie die Verbindungen analog zu Landessprachen nach und nach in immer kleinere Gruppen auftrennen. Sie isolieren einzelne Stoffe und identifizieren sie schließlich. In gewisser Weise »verrät« sich die Verbindung also den Trenn- und Analysemethoden.

Forscher des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences bieten eine Methode an, die diese Suche im chemischen Heuhaufen beschleunigt und systematisiert. Hinter der Abkürzung HPLC-NMR-MS stecken drei direkt aneinander gekoppelte Analyseverfahren. »Bei der HPLC, zu deutsch Hochdruckflüssigkeitschromatographie, wird das Stoffgemisch so gut wie möglich getrennt«, erklärt Dr. Alfred Preiß vom Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Hannover. Die Fraktionen, die meist mehrere sehr ähnliche Verbindungen enthalten, werden mit Kernresonanzspektroskopie (NMR) und Massenspektrometrie (MS) gleich anschließend untersucht. Mit MS erhält man die Masse der Moleküle und ihrer Bruchstücke. Die NMR-Messung gibt den Bauplan des Moleküls wieder, also wie Atome oder -gruppen untereinander verbunden sind. Jede Methode liefert ihre spezifischen Aussagen, die sich gegenseitig ergänzen. Datenbanken erleichtern es, die Messsignale bereits bekannten Verbindungen zuzuordnen. Für unbekannte können sie immerhin Vorschläge machen.

»Genau darin liegt der Vorteil unserer dreifachen Methode«, betont Preiß. »Letztlich können wir ohne Vorwissen sogar solche Substanzen finden, die in Datenbanken nicht vorkommen.« Die Wissenschaftler konnten bereits in mehreren Projekten zeigen, was ihre Methode leistet. So haben sie in Zusammenarbeit mit dem Hersteller von pflanzlichen Heilmitteln Schwabe in Karlsruhe Extrakte untersucht und darin bislang nicht bekannte Verbindungen identifiziert. Aber nicht nur in der Wirkstoffforschung nützt die Methode. Auch in der Umweltanalytik etwa ist es sinnvoll, screenings durchzuführen – also festzustellen, welche Schadstoffe überhaupt im Boden, Grundwasser oder Heuhaufen vorkommen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung, um Gefährdungen für Mensch und Umwelt toxikologisch abschätzen zu können.