06.09.2024
Zuckersynthese einfach und kosteneffizient
Wir leben in einer Welt der Glykane (oder Zucker) - der häufigsten Moleküle, die für das Leben, einschließlich für uns Menschen, unerlässlich sind. Dennoch gibt es noch viel zu lernen über ihre Struktur und ihre Wechselwirkungen mit anderen Molekülen.
Die Herausforderung liegt in ihrer unglaublichen Vielfalt: Zucker existieren in vielen Formen und Größen, verzweigen sich zu komplizierten und hochvariablen Strukturen und treten in der Natur häufig in Verbindungen auf, aus denen sie isoliert werden müssen.
Um ihre vielfältigen Funktionen zu verstehen - von der Auslösung von Immunreaktionen über die Erleichterung der Zellkommunikation bis hin zur Bereitstellung und Speicherung von Energie - untersucht die Glykobiologie ihre Architektur anhand von im Labor hergestellten Modellen.
Jetzt macht ein innovatives Gerät namens Glyconeer 3.1 die Synthese von Zuckern energieeffizienter und zuverlässiger. Es bietet Glykobiologen anpassbare Modelle, um tiefer in die Welt der Zucker einzutauchen. Prof. Peter Seeberger hat mit dem Glyconeer Pionierarbeit geleistet und ihn kontinuierlich weiterentwickelt. "Das Prinzip besteht darin, einfache Zuckerbausteine zu längeren Ketten zusammenzusetzen. Durch die Automatisierung haben wir die Fehleranfälligkeit reduziert und die Reproduzierbarkeit deutlich erhöht", erläutert er.
Die Synthese genauer Modelle (oder "synthetischer Analoga"), die früher Monate oder sogar Jahre dauerte, kann jetzt in nur einem Tag abgeschlossen werden. Dadurch können Wissenschaftler Zuckerstrukturen kontrollieren, reproduzieren und ihre Eigenschaften für spezifische Untersuchungen maßschneidern.
"Wir sind stolz darauf, die neueste und leistungsfähigste Version des patentierten Glyconeers vorstellen zu können. Sie ist mit Echtzeitkontrollen ausgestattet, um den breiten Temperaturbereich für die Synthese effizient zu steuern, und verfügt außerdem über Zufuhrkanäle, die sicherstellen, dass sich jede 'Zutat' nur dort und dann mit den anderen vermischt wird, wo und wann dies erforderlich ist", erklärt Dr. José Danglad-Flores, einer der leitenden Forschenden.
Die Effizienz des Geräts zeigt sich besonders in seiner kompakten Größe: "Frühere Versionen waren so groß wie ein Kühlschrank, während der Glyconeer 3.1 die Größe einer Mikrowelle hat", beschreibt Dr. Eric Sletten, ein weiterer Projektleiter. "Er passt auf einen normalen Labortisch und verbraucht 75% weniger Energie als seine Vorgänger." Weitere wichtige Merkmale sind wartungsarme Materialien und modulare Komponenten, die im Falle einer Beschädigung leicht ausgetauscht und repariert werden können.
Forschende in Seebergers Abteilung für Biomolekulare Systeme nutzen bereits die vier Glyconeers des Instituts, um synthetische Analoga von Interesse zu entwerfen und die Eigenschaften von Kohlenhydraten zu erforschen. Das Spin-off-Unternehmen GlycoUniverse macht das Gerät weltweit verfügbar, während Online-Tutorials von Sletten und Danglad-Flores die Nutzer Schritt für Schritt durch die Bedienung führen. Fortschritte in der Biotechnologie und Medizin, wie die Entwicklung von Diagnose- und Therapieinstrumenten für Malaria und Krebs, rücken somit immer näher - eine im Labor hergestellte Zuckerkette nach der anderen.
Quelle: Max-Planck-Institut für Koloid- und Grenzflächenforschung