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01.03.2013

Der künstliche Golgi-Apparat

Glykane sind Zuckerketten. Sie gelten als Zielstrukturen der Zukunft in der Biomedizin. Wissenschaftler erforschen, wie sich die auf der Zelloberfläche vorkommenden Glykane nutzen lassen, um das Immunsystem zu modulieren. Auf diese Weise könnten wirksame Krebsmedikamente oder schützende Impfstoffe entstehen. Das Team von Lothar Elling vom Institut für Biotechnologie der RWTH Aachen  und Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik hat sich nun zum Ziel gesetzt, die Synthese der Glykan-Moleküle zu vereinfachen. Dazu will  das Team die Zuckerketten-Produktion im Labor nach dem Vorbild des Golgi-Apparats in Zellen nachbauen. Das explorativen Projekt nennt sich deshalb „Die Golgi-Glykan-Fabrik“ (GGF).

Enzyme
Für die Synthese der Poly-N-Acetyllactosamin (Poly-LacNAc) Glykanstruktur wirken mehrere Enzyme zusammen.
Quelle: 
Lothar Elling

Die Fabrik ist dabei keineswegs ein normales Gebäude aus Stahl und Beton, sondern ein biotechnologischer Fertigungsweg zur Synthese von maßgeschneiderten Glykokonjugaten für biomedizinische Anwendungen. Indem verschiedene zellfreie Multienzymsysteme miteinander kombiniert werden, sollen künftig Glykan-Wirkstoffe maßgeschneidert gefertigt werden. Das Problem bisher: „Die Entwicklung von Enzymmodulen ist bisher mit einem sehr hohen Zeitaufwand verbunden und hat öfters den Charakter einer Spezialanwendung, die nur wenig Flexibilität zulässt“, so Elling. Der „Enzympool“ sei zwar grundsätzlich vorhanden, könne aber in der Glykobiotechnologie wegen fehlender Basistechnologien nicht systematisch genutzt werden. Das wollen die Forscher aus Aachen nun ändern.

Zunächst soll in Mikrotiterplatten eine ganze Reihe unterschiedlicher Enzymmodule zusammengeführt werden – wie in einem Werkzeugkasten stehen dann für die unterschiedlichen Reaktionsschritte genau aufeinander abgestimmte Enzyme zur Verfügung. Die Produktionsmodule der GGF bestehen aus Enzymmodulen für die Synthese von Nukleotidzuckern und Enzymmodulen für die Synthese von Glykanstrukturen (EM-GT). Als Vorbild für die Enzymkomplexe dienen Stoffwechselwege aus der Natur: Für die Synthese der Nukleotidzucker die sogenannten „Salvage pathways“, für die Synthese der Glykanstrukturen sind es Enzymkomplexe aus dem zellulären Golgi-Apparat. Gut möglich, dass in der Golgi-Glykan-Fabrik eines Tages die Medikamente der Zukunft vom Band laufen. (bk)

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