Sequenzierung komplexer Zuckermoleküle Qualitätskontrolle von synthetisch hergestellten Kohlenhydraten

Die genaue Bestimmung von Zucker-Isomeren ist wichtig für die Entwicklung neuer Impfstoffe, Wirkstoffe und Diagnostika. Doch bislang enorm aufwändig. Berliner und Potsdamer Wissenschaftler haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem erstmals komplexe Zuckermoleküle sequenziert werden können.

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Freie Universität Berlin

Berlin – Wollten Wissenschaftler oder Chemiker Zucker-Isomere bestimmen, war dies bisher mit sehr hohem Zeit und Materialaufwand und mit großen Molekülmengen feststellbar. Ein Berliner Forscherteam um Professor Kevin Pagel von der Freien Universität Berlin und dem Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und Professor Peter Seeberger vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Freien Universität hat dieses Problem jetzt durch die Kombination verschiedener Methoden gelöst: Sie nutzen die unterschiedliche Form der Moleküle.

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Die unterschiedlichen Formen erzeugen in einem gasgefüllten Raum, durch den die Moleküle geschickt werden, unterschiedlich starken Widerstand, vergleichbar mit dem sogenannten CW-Wert in einem Windkanal. Pagel und seine Kollegen kombinierten diese Messung der Ionenmobilität mit einer Messung der Molekülmassen. Dann glichen sie beide Informationen gegeneinander ab, um Unterschiede in der Komposition, Konnektivität und Konfiguration zu finden. Große Moleküle werden dabei in Bestandteile zerlegt, die Form der Bestandteile wird durch die Aufspaltung jedoch nicht verändert, sodass die Summe der Eigenschaften der Bestandteile das große Molekül genau beschreibt.

Analyseverfahren: Qualitätskontrolle synthetisch hergestellter Zucker

Kombiniert mit einer Datenbank, die derzeit erstellt und auch von anderen Wissenschaftlern bestückt werden soll, lässt sich das Analyseverfahren so auf eine immer größere Anzahl von Molekülen anwenden. Ist ein Molekül einmal systematisch identifiziert worden, kann es in Zukunft auch durch automatisierte Verfahren erkannt werden.

Praktischen Nutzen hat das neue Verfahren für die Qualitätskontrolle synthetisch hergestellter Zucker. Syntheseroboter reihen dabei Moleküle wie Perlen an einer Schnur auf. Bisher war es nur möglich, Unreinheiten zu entdecken, wenn sie mindestens fünf Prozent ausmachten. Mit der neuen "Windkanalmethode" konnte diese Nachweisgrenze auf 0,1 Prozent verringert werden. "Die neue Methode ist schnell, zuverlässig und sehr sensitiv. Dadurch wird die Glykan-Sequenzierung einen riesigen Schub bekommen - ähnlich wie in der DNA Forschung; auch dort brachte die Gensequenzierung den Durchbruch", erklärt Seeberger.

Die Glykobiologie beschäftigt sich mit biologisch aktiven Kohlehydraten. Sie ist eines der aussichtsreichsten Gebiete der Chemie und der Wissenschaft allgemein, so die Forscher. Mit der Sequenzierung komplexer Zuckermoleküle ist nun möglich, schneller und einfacher geringste Verunreinigungen zu erkennen und damit die Qualitätskontrolle von synthetisch hergestellten Kohlenhydraten zu ermöglichen. Außerdem ist das Verfahren wichtig für die Entwicklung neuartiger Impfstoffe, Wirkstoffe und Diagnostika.

Literaturhinweis

Identification of carbohydrate anomers using ion mobility-mass spectrometry; J. Hofmann, H. S. Hahm, P. H. Seeberger & K. Pagel; Nature, 1. Oktober 2015 (doi:10.1038/nature15388)

(ID:43635032)