Golgi Glykan Fabrik 2.0 - Teilvorhaben B

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Glykane sind Zuckerketten, die sich auf der Oberfläche von Zellen befinden und eine wichtige Rolle für die Kommunikation von Zellen mit ihrer Umgebung spielen. Für Glykane gibt es vielversprechende biomedizinische Anwendungsbereiche, zum Beispiel die Beschichtung von Implantaten, damit diese vom Immunsystem als „körpereigen“ erkannt werden. Die chemische Synthese von Glykanen ist jedoch aufwändig, da sie zahlreiche und für jede Glykanstruktur spezifische Reaktionsschritte erfordert und am Ende nur mäßige Ausbeuten erbringt. Eine Produktion im größeren Maßstab ist daher bislang nicht wirtschaftlich.

Im Projekt „Die Golgi-Glykan-Fabrik“ wird ein modulares System für die enzymatische Synthese von Glykanen entwickelt und optimiert. Ziel ist es, alle benötigten Reaktionsschritte in einem Reaktionsgefäß durchzuführen, so dass keine Zwischenprodukte isoliert werden müssen. Außerdem sollen die Enzyme flexibel untereinander kombinierbar sein, um verschiedene Glykanstrukturen synthetisieren zu können. Als Vorbild dient der Golgi-Apparat, ein Bestandteil lebender Zellen. Dort synthetisieren hoch spezifische und selektive Enzyme verschiedene Nukleotidzucker und daraus wiederum eine Vielzahl verschiedener Glykane.

Für die Golgi-Glykan-Fabrik werden Enzymmodule für die Synthese von Nukleotidzuckern und Enzymmodule für die Synthese von Glykanen aus Nukleotidzuckern optimiert.Eine der Herausforderungen des Projekts besteht darin, geeignete Enzyme auszuwählen in Enzymkaskaden zu kombinieren und ihre Reaktionsbedingungen aufeinander abzustimmen. Hier kommen unter anderem Methoden des protein engineering zum Einsatz, mit denen maßgeschneiderte Enzyme entwickelt werden können. Eine weitere Herausforderung besteht darin, in kurzer Zeit eine große Anzahl von Reaktionsansätzen mit unterschiedlichen Enzymkombinationen und Reaktionsbedingungen auf ihre Produktzusammensetzung hin zu analysieren. Dafür wurde eine Multiplexed-Kapillarelektrophorese MP-CE Analytik optimiert, bei der 96 Proben gleichzeitig analysiert werden können und für die nun eine automatisierte Datenauswertung entwickelt wird. Die letzte Herausforderung ist der „Scale-up“, also die Entwicklung eines modularen Reaktorkonzepts, um die Glykane zukünftig im größeren Maßstab produzieren zu können.

Projektkoordinator

  • Prof. Dr. Lothar Elling, RWTH Aachen

Projektpartner

  • Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg, RWTH Aachen
  • Prof. Dr.-Ing. Udo Reichl, MPI für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg
  • Dr. Erdmann Rapp, MPI für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg
  • Prof. Dr. Matthias Franzreb, Karlsruher Institut für Technologie KIT