18.03.2022 - American Chemical Society (ACS)

Bisher unbekanntes bakterielles Enzym stellt eine neue Art von biologisch abbaubarem Polymer her

Zuckerketten, die so genannten Polysaccharide, sind die am häufigsten vorkommenden Biopolymere auf der Erde. Aufgrund ihrer vielseitigen und umweltfreundlichen Eigenschaften könnten diese Moleküle irgendwann einige Kunststoffe ersetzen. Nun haben Forscher, die in ACS Central Science berichten, ein bisher unbekanntes bakterielles Enzym identifiziert, das eine neue Art von Polysaccharid herstellen kann, das dem Biopolymer Chitin ähnelt. Das neue Molekül ist biologisch abbaubar und könnte für die Verabreichung von Medikamenten, die Gewebezüchtung und andere biomedizinische Anwendungen von Nutzen sein.

Polysaccharide spielen in Organismen viele Rollen, und da sie biokompatibel und biologisch abbaubar sind, sind diese Moleküle vielversprechende Trägermaterialien für eine breite Palette von Therapeutika. Die Identität der einzelnen Zuckermoleküle in der Kette und die Art und Weise, wie sie miteinander verknüpft sind, bewirken, dass sie auf unterschiedliche Weise funktionieren. Enzyme, so genannte Glykosidphosphorylasen, können je nach Reaktionsbedingungen bestimmte Polysaccharide zerschneiden oder neue bilden. Ein solches Enzym stellt zum Beispiel Chitin her, den Hauptbestandteil des Exoskeletts von Gliederfüßern und der Zellwände von Pilzen. Stephen Withers und Kollegen fragten sich, ob es vielleicht bisher unbekannte, natürlich vorkommende Enzyme gibt, die neue Arten von Polysacchariden herstellen können.

Mithilfe von Genomdaten und aktivitätsbasiertem Screening identifizierten die Forscher ein Glykosidphosphorylase-Enzym aus dem Bakterium Acholeplasma laidlawii, einer häufigen Verunreinigung von Zellkulturen im Labor. Das Team exprimierte und reinigte das Enzym und entdeckte, dass es eine neue Art von Polysaccharid synthetisieren kann, dem sie den Namen Acholetin gaben. Das neue Biopolymer ähnelt in seiner Zusammensetzung dem Chitin und einem Biofilm-bildenden Polysaccharid, aber seine Zuckermoleküle sind auf eine Weise miteinander verbunden, die sich von diesen bekannten Biopolymeren unterscheidet. Das Team bestimmte die Kristallstruktur der Glykosidphosphorylase, von der sie vermuten, dass sie an der Aufrechterhaltung der Zellmembran von A. laidlawii beteiligt sein könnte. So könnten die Forscher das Enzym gezielt einsetzen, um die Kontamination von Zellkulturen mit den Bakterien zu verhindern und das Enzym zur Herstellung des neuen Biopolymers zu verwenden. Acholetin hat ein weitreichendes Potenzial als eine neue Art von biokompatiblem, biologisch abbaubarem Material, so die Forscher.

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Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Polysaccharide
  • Chitin
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