Synthese von Zucker vorangebracht

27.05.2009 - Deutschland

Als "süßen Chemiker" darf man Jürgen Seibel durchaus bezeichnen, denn er befasst sich schwerpunktmäßig mit Zuckermolekülen: Sein Team spürt biologisch wichtige Zuckerverbindungen auf, baut sie im Labor nach und untersucht ihre Funktionen. Diese Arbeit könnte zu neuartigen Medikamenten führen, weil Zuckermoleküle bei vielen Krankheiten eine Rolle spielen - zum Beispiel bei Krebs, Malaria oder Virusinfektionen wie Vogelgrippe und HIV.

Die Zellen des Menschen sind von Zuckern geradezu ummantelt, und das beeinflusst zahlreiche biologische Prozesse. Grippeviren zum Beispiel erkennen bestimmte Zucker auf den Zelloberflächen, bekommen daraufhin Einlass in die Zellen und vermehren sich dort.

Zucker charakterisieren auch den Zustand von Zellen. Tumorzellen etwa sind von anderen Zuckern ummantelt als gesunde Zellen. "Daraus ergibt sich die Perspektive, mit Zuckerimpfstoffen die Immunabwehr auf Tumorzellen auszurichten", sagt Jürgen Seibel, der seit April Professor für Organische Chemie an der Universität Würzburg ist.

Dr. Sebastian Springer, Professor für Biochemie und Zellbiologie an der Jacobs University Bremen, gründete gemeinsam mit Wissenschaftler:innen der Technischen Universität Dänemarks das Unternehmen Tetramer-Shop.

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Zucker sind schwer zu erforschen

Doch über die Sprache des Zuckers, den "Zuckercode", sei noch viel zu wenig bekannt. Das liege auch daran, dass sich Zuckermoleküle ganz unterschiedlich miteinander verbinden lassen. Während die Bausteine der Gene und Proteine nur als Kette aneinander gereiht werden können, sind bei Zuckern auch Verzweigungen möglich - in acht verschiedene Richtungen! Das ergibt eine enorme strukturelle Vielfalt.

Wer den "Zuckercode" entschlüsseln will, steht vor einem weiteren Problem: Er braucht dazu die einzelnen Zucker in relativ großen Mengen. Sie einfach von den Zellen isolieren? Geht nicht, weil die Zucker dort nur in sehr geringen Mengen vorkommen und dazu noch in vielen verschiedenen Formen, die sich nicht voneinander trennen lassen. "Darum müssen wir die Zucker synthetisch herstellen", sagt der Chemie-Professor.

Komplizierte Synthese im Labor

Der Organismus des Menschen verknüpft einzelne Zuckerbausteine mit Hilfe spezieller Enzyme. Die Herstellung im Labor ist da weitaus komplizierter: Häufig können schon einzelne Zucker nur chemisch synthetisiert werden, was den Einsatz von Schwermetallen nötig macht und enorm zeitaufwändig ist - eine solche Synthese kann Monate dauern. "Kostengünstig lassen sich Zucker bislang nicht synthetisieren, darum werden sie auch nur selten für Therapien eingesetzt", sagt Jürgen Seibel.

Enzyme auf neue Eigenschaften getrimmt

Um das zu ändern, setzt seine Arbeitsgruppe auf Enzyme aus Bakterien und Pilzen. Die allerdings können einzelne Zuckerbausteine nicht in beliebiger Weise miteinander verknüpfen. "Deshalb haben wir die Gene, nach deren Vorgaben die Enzyme aufgebaut werden, gezielt verändert und dadurch die Enzyme auf neue Eigenschaften getrimmt", erklärt der neue Professor. Die einzelnen Zuckerbausteine werden ebenfalls zielgenau modifiziert. Durch die Kombination dieser beiden Strategien habe sein Team die Synthesemöglichkeiten für komplex gebaute Zucker enorm erweitert.

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