Den Zuckercode entschlüsseln – TU Braunschweig entwickelt Sensor für Kohlenhydratverbindungen

Zucker sind nicht nur süß, sie bilden auch Bausteine des Lebens in allen höheren Organismen. Zuckerverbindungen kommen nämlich in der Natur in einer so immens großen Strukturvielfalt vor, dass sie eine Schlüsselfunktion bei vielen Stoffwechselvorgängen ausüben. Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig haben jetzt ein Verfahren entwickelt, um dem komplexen Wirken der Kohlenhydrate auf die Spur zu kommen: Mit Hilfe des „Glycochip“ wollen sie den „Zuckercode“ entschlüsseln. Ihr Ziel ist es, zum einen die komplexen Wechselwirkungen in den Zellen genauer zu verstehen. Außerdem wollen die Forscher diejenigen Verbindungen finden und nachbauen (synthetisieren), die sich möglicherweise als künftige Wirkstoffe eignen (ChemBioChem Volume 7, Issue 2, S. 310)

Zuckerverbindungen, die so genannten Oligosaccharide, sind beim Wachstum und der Wiederherstellung von erkranktem Gewebe, beim Eindringen von Bakterien und Viren und sogar beim Wachstum von Tumorzellen beteiligt. Wie Wächter auf der Zellmembran angesiedelt, können sie eine Vielzahl anderer Moleküle erkennen, Signale weiterleiten und mit anderen Zellen kommunizieren. So können Moleküle an die jeweils passende Struktur andocken und dann zum Beispiel die Membran passieren oder ganze Zellen verbinden.

Wenn es gelingt, die wichtigsten Verbindungen ausfindig zu machen und im Labor herzustellen (zu synthetisieren), können daraus in ferner Zukunft neuartige Wirkstoffe, etwa zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten, bei der Wundheilung oder in der Krebstherapie entstehen. Das Glycom, die Gesamtheit aller Zuckerverbindungen in einem Lebewesen, ist daher von hoher medizinischer Bedeutung. Doch bislang ist noch wenig bekannt, welche Funktion einzelne Kohlenhydrate im Körper ausüben.

Dr. Jürgen Seibel, Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Technische Chemie der TU Braunschweig, will dem abhelfen: Mit seinem Team hat er den „Glycochip“ (Kohlenhydratarray) entwickelt, ein neues Werkzeug, mit dem Oligosaccharide aufgebaut und deren Struktur und Wirkung entschlüsselt werden können. Glycochips werden erzeugt, indem an Kunststoff- oder Glasoberflächen räumlich voneinander getrennt Peptid-, Alkohol- oder Kohlenhydratmoleküle befestigt werden. Mit Hilfe von Enzymen werden diese Oberflächen dann „verzuckert“, eine komplexe Kohlenhydratmatrix wird aufgebaut. „Diese Matrix dient als Sensor, um Wechselwirkungen zum Beispiel mit bakteriellen Giften, mit Viren oder gar Tumorzellen aufzudecken“, so Seibel.

„Zurzeit betrachtet die Forschung die Vorgänge innerhalb einer Zelle vor allem vor dem Hintergrund dessen, was wir über das Erbgut – das Genom – und die Proteinstrukturen wissen. Aber zu einem beträchtlichen Teil regeln auch komplexe Zuckerstrukturen die Kommunikation der Zellen untereinander. Uns fehlten bislang geeignete Werkzeuge, um solche Zucker schnell herzustellen und deren Wechselwirkungen zeitnah identifizieren zu können“, erläutert Seibel. „Mit dem Glycochip können wir jetzt schnelle Rückschlüsse auf ihre Funktion – also den „Zuckercode“ – und somit auf ihren medizinischen Einsatz ziehen.“

Möglich wurden diese Ergebnisse und der Glycochip im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Vom Gen zum Produkt“ (SFB 578) an der TU Braunschweig.

Über den Sonderforschungsbereich 578 „Vom Gen zum Produkt“:

Im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs 578 stehen die Entwicklung und Herstellung von pharmazeutisch aktiven Produkten mithilfe molekularbiologischer und verfahrenstechnischer Prozesse. Molekularbiologisches, mikrobiologisches, biotechnologisches und biochemisches sowie verfahrenstechnisches Wissen wird dabei interdisziplinär zusammengeführt. Zu dem SFB und dessen Hintergrund ist ein Leitartikel in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Nachrichten aus der Chemie“ (Band 57, Heft 02, S.110) erschienen.

Nähere Informationen erteilt
Dr. Jürgen Seibel,
Tel.: 0531/391-7262,
E.Mail: j.seibel@tu-bs.de
Institut für Technische Chemie, Abteilung Technologie der Kohlenhydrate
der Technischen Universität Braunschweig