Zuckerketten, Polysaccharide genannt, sind die am häufigsten vorkommenden Biopolymere auf der Erde. Aufgrund ihrer vielseitigen und umweltfreundlichen Eigenschaften könnten diese Moleküle irgendwann einige Kunststoffe ersetzen. Jetzt melden sich Forscher ACS Central Science haben ein bisher unbekanntes bakterielles Enzym identifiziert, das eine neue Art von Polysaccharid herstellen kann, das dem Biopolymer Chitin ähnlich ist. Das neue Molekül ist biologisch abbaubar und könnte für die Arzneimittelabgabe, Gewebezüchtung und andere biomedizinische Anwendungen nützlich 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 verbunden sind, bewirken, dass sie auf unterschiedliche Weise funktionieren. Enzyme, die als Glykosidphosphorylasen bekannt sind, können je nach Reaktionsbedingungen bestimmte Polysaccharide auseinanderschneiden oder neue bilden. Ein solches Enzym stellt beispielsweise Chitin her, den Hauptbestandteil von Arthropoden-Exoskeletten und Pilzzellwänden. Stephen Withers und Kollegen fragten sich, ob es möglicherweise zuvor unbekannte, natürlich vorkommende Enzyme gibt, die neue Arten von Polysacchariden herstellen könnten.
Unter Verwendung von Genomdaten und aktivitätsbasiertem Screening identifizierten die Forscher ein Glykosid-Phosphorylase-Enzym aus Bakterien namens Acholeplasma laylawii, eine häufige Kontaminante von Laborzellkulturen. Das Team exprimierte und reinigte das Enzym und entdeckte, dass es eine neue Art von Polysaccharid synthetisieren könnte, das sie Acholetin nannten. Das neue Biopolymer hat eine ähnliche Zusammensetzung wie Chitin und ein biofilmbildendes Polysaccharid, seine Zuckermoleküle sind jedoch anders als bei diesen bekannten Biopolymeren miteinander verknüpft. Das Team bestimmte die Kristallstruktur der Glykosid-Phosphorylase, von der sie vermuten, dass sie an der Aufrechterhaltung der Zellmembran von A. laylawii beteiligt sein könnte. Auf diese Weise könnten Forscher das Enzym gezielt einsetzen, um eine Kontamination der Zellkultur mit Bakterien zu verhindern, und das Enzym zur Herstellung des neuen Biopolymers verwenden. Acholetin hat ein weitreichendes Potenzial als neuartiges biokompatibles, biologisch abbaubares Material, sagen die Forscher.
Eine synthetische Genbibliothek liefert eine zuvor unbekannte Glykosid-Phosphorylase, die Poly-β-1,3-GlcNAc abbaut und zusammensetzt und so die Suite von β-verknüpften GlcNAc-Polysacchariden vervollständigt, ACS Central Science (2022). pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.1c01570