Klickverbindungen für Zucker:
Ein recycelbarer Mechanismus für automatisierte Glykansynthese
 

• Zuverlässige Bindungsorientierung: Ein Team um Liming Zhang (UC Santa Barbara) und Peter Seeberger (MPIKG) hat einen recycelbaren Griff entwickelt, der Zuckerbausteine in der Glykansynthese gezielt ausrichtet – und somit das seit langem bestehende Problem der verlässlichen Kontrolle der Bindungsorientierung löst.
• Effizient und automatisierungsbereit: Die Methode funktioniert mit zahlreichen Zuckerbausteinen, kommt ohne hohe Temperaturen und exotische Lösungsmittel aus und lässt sich nahtlos in automatisierte Abläufe integrieren.
• Schub für Diagnostik und Therapie: Präzise Steuerung von Form und Verknüpfung kann die Entwicklung diagnostischer Tests, Wirkstoffe und Impfstoffe deutlich beschleunigen.

Glykansynthese – so funktioniert sie und warum die Orientierung zählt

Kohlenhydratchemiker*innen verknüpfen einfache Zuckerbausteine zu längeren Ketten, sogenannten Glykanen. Diese dienen als Marker zur Krankheitsdiagnose und als Bausteine für Medikamente und Impfstoffe. Entscheidend ist ihre exakte Gestalt: Schon kleine Abweichungen im Aufbau verändern die Eigenschaften – und damit die Wirkung der Glykane.

Im Labor fungiert ein Zucker als Donor: Er trägt einen kleinen Griff. Ein zweiter Zucker, der Akzeptor, besitzt eine chemische Öse. Der Akzeptor dockt an, sobald der Donor seinen Griff abgibt – so entsteht die neue Glykanbindung. Der Haken: Diese Bindung kann in zwei Orientierungen entstehen. Diese über verschiedene Zuckerbausteine hinweg zuverlässig zu steuern, war bisher eine große Herausforderung.

Ein eingebauter Griff, der lenkt – und sich recyceln lässt

In einer transatlantischen Zusammenarbeit fanden die Teams von Prof. Liming Zhang (UC Santa Barbara) und Prof. Peter Seeberger (MPIKG) einen Schlüssel zu diesem Zuckerpuzzle.
Die Forschenden statteten den Donor-Zucker mit einem Griff aus, der den Partnerzucker in die richtige Position führt – und so gezielt die gewünschte Bindung erzeugt.

„Es ist ein ringförmiges Bauteil, das wie eine Klammer greift: Es hält und richtet den Partnerzucker so aus, dass sich die beiden Bausteine in der gewünschten Orientierung verbinden“, erklärt Dr. Eric Sletten.

Und das ist noch nicht alles: Ist das Glykan gebildet, löst sich der Griff ebenso sauber wieder ab, wie er die Bindung geführt hat. Anders als bei herkömmlichen Verfahren lassen sich rund 60 % davon zu einem neuen Griff recyceln – das spart Kosten und reduziert Abfall.

Automatisierungsbereit – für schnellere Diagnostik und Therapien

Die UCSB/MPIKG-Teams testeten die Methode an vielen unterschiedlichen Zuckerbausteinen – darunter besonders anspruchsvolle – und beobachteten überwiegend die gewünschte Orientierung. Ebenso wichtig: Die Reaktionen verliefen schnell, ohne hohe Temperaturen und ohne exotische Lösungsmittel. Der Ansatz eignet sich damit ideal für die automatisierte Glykansynthese.

„Das Team hat eine benutzerfreundliche Methode entwickelt, die nicht für jede Kopplung neu angepasst werden muss. Das ist ein weiterer wichtiger Schritt, um die automatisierte Glykansynthese an die Plug-and-Play-Routinen heranzuführen, die bei Peptiden und DNA längst üblich sind“, fasst Prof. Seeberger zusammen.

Die Methode erleichtert es, Form und Verknüpfung gezielt zu variieren und zu untersuchen, wie die Architektur von Glykanen ihre Eigenschaften beeinflusst. So verkürzt sie den Weg von der Idee zur Anwendung in Diagnostik und Therapie.